Научный архив: статьи

Исследованы вольтамперные характеристики (ВАХ) отдельных фотодиодов матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) планарного типа на основе гетероэпитаксиальной структуры р-InP/InGaAs/n-InP формата 320256 элементов с шагом 30 мкм и размером фоточувствительной площадки 2020 мкм2. При подаче смещения на отдельные ФЧЭ получены большие значения темновых токов и фототоков при слабых засветках, что свидетельствует о наличии связи с соседними элементами. Подача напряжения одновременно на соседние площадки (измерение в режиме “охранного кольца”) приводила к уменьшению темнового и фототока, и при напряжении обратного смещения от -2 до -6 В для различных образцов, величина темнового тока составляла менее 1 пА, а фоточувствительность 0,8 А/Вт. Дано качественное объяснение механизма взамосвязи между элементами наличием инверсионного слоя на гетероэпитаксиальной границе.

Приведены результаты работы по улучшению параметров кремниевых координатных фотодиодов (ФД). Показано, что введение в технологический маршрут операции геттерирования диффузионным слоем фосфора приводит к существенному уменьшению темновых токов, что связано с резким снижением концентрации глубокого ГРЦ, определяющего темновой ток в ФД, изготовленных без применения данной операции. Приведены типичные параметры ФД.

Приведены соотношения, определяющие требования к сопротивлению инверсионного слоя для уменьшения влияния тока охранного кольца на темновой ток и шумы фотодиодов, и получения заданного значения коэффициента взаимосвязи между ФЧЭ в многоэлементных ФД. Показано, что зависимости тока охранного кольца от напряжения смещения и заряда на границе раздела Si—SiO2 при наличии инверсионного слоя удовлетворяют модели генерации тока в его области пространственного заряда. Сопротивление инверсионного слоя возрастает с ростом напряжения смещения в соответствии с зависимостью Rи ~V 1,5.

Используя сравнение экспериментальных данных с результатами расчетов на основе модели процессов геттерирования, показано, что основным механизмом геттерирования генерационно-рекмбинационных центров (ГРЦ) при диффузии фосфора является формирование ионых пар P+-Fe2-. При диффузии бора основным геттером является слой боросиликатного стекла. Определены зависимости эффективности геттерирования от параметров процесса.

Исследован механизма образования тока утечки в р+–n-переходах фотодиодов при наличии локальных дефектов. Рассмотрены закономерности образования локальных дефектов в диэлектрических слоях с целью определения условий, снижающих их плотность. На пластинах монокристаллического кремния (Cz-Si) n-типа диаметром 100 мм с удельным сопротивлением 4–5 Омсм и ориентацией (100) изготавливались элементы (ФЧЭ) с размером площадок 1,41,4 мм2. Технологический цикл изготовления включал операции окисления в парах H2O + HCl, фотолитографии, загонки (осаждения) бора из BN, диффузии бора и диффузии фосфора в различных режимах. В качестве источника диффузанта при диффузии фосфора использовались как жидкие источники POCL3 и PCL3, так и твердый источника – пластины метафосфата алюминия (МФА) (Al2O3, 3P2O5). Установлено, что вольт-амперная характеристика (ВАХ) кремниевых фотодиодов с аномальными «мягкими» характеристиками определяется туннельным механизмом протекания тока. Применение оптимальных режимов геттерирования приводит к резкому снижению количества фоточувствительных элементов с аномальными ВАХ.

При гибридизации кристаллов БИС считывания и матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) методом перевернутого монтажа используются индиевые микроконтакты, создаваемые на обоих кристаллах. В статье рассмотрена модифицированная топология индиевых микроконтактов, позволяющая повысить надежность гибридизации кристаллов. Проведены первые стыковки индиевых микроконтактов предложенной топологии, представлены фотографии расстыкованных образцов.

Проанализированы особенности построения архитектур лавинных фотодиодов с разделенными областями поглощения (InGaAs) и умножения (InAlAs). Рассмотрены две архитектуры: p+–M–с–i–n+ и p+–i–с–M–n+-типа, реализованные в гетероструктурах (ГЭС) InGaAs/InAlAs/InP. Обязательными для каждой архитектуры являлись три основных слоя: поглощающий (i), зарядовый (c) и умножающий (М). На основе данных ГЭС InGaAs/InAlAs/InP, выращенных методом МОС-гидридной эпитаксии (МОСГЭ), формировались матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ). Исследования вольтамперных характеристик лавинных элементов в матрицах позволило рассчитать коэффициенты умножения фототока, которые в диапазоне обратных напряжений смещения U = 8—14 В изменялись от 1 до 18—25.

В результате рассмотрения структуры лавинного фотодиода на основе InGaAs/InP с раздельными областями поглощения и умножения проведена оценка дозы легирующей примеси в зарядовом слое, допустимый диапазон значений которой при заданном коэффициенте умножения определяется толщиной области умножения и напряженностью поля в области поглощения. Показано, что для снижения рабочего напряжения ЛФД необходимо уменьшать толщины слоя умножения и зарядового слоя. При этом ограничением для толщины слоя умножения является допустимая напряженность поля, а для зарядового слоя при оптимальной дозе – точность воспроизведения его толщины.

Методом спада фотопроводимости -PCD в образцах кремниевых пластин n-типа, выращенных методом Чохральского, обнаружены кольцевые неоднородности в распределении времени жизни неосновных носителей заряда, отсутствующие или слабо выраженные в кремнии р-типа. Средняя величина указанных неоднородностей возрастает при проведении термических операций при изготовлении фотодиодов. Обнаруженные кольцевые неоднородности в распределении времени жизни коррелируют с неоднородностями в распределении фото- и темнового тока фотодиодов, изготовленных на исследованных пластинах.

Методом спада фотопроводимости -PCD в образцах кремниевых пластин различного типа исследовалось влияние технологических операций на образование пространственных (кольцевых) неоднородностей в распределении времени жизни неосновных носителей заряда. Показано, что средняя величина неоднородности, небольшая в исходных образцах, возрастает при проведении термических операций, используемых при изготовлении фотодиодов. Неоднородности сильнее выражены в кремнии n-типа. Обнаруженные кольцевые неоднородности в распределении времени жизни коррелируют с неоднородностями в распределении микродефектов. На основе полученных результатов предполагается, что причиной снижения времени жизни в кольцевых неоднородностях являются указанные микродефекты, представляющие собой кислородные преципитаты с петлевыми дислокациями, декорированными быстродиффундирующими примесями.

Методами растровой электронной микроскопии проведены исследования матриц фоточувствительных элементов и мультиплексоров, используемых для изготовления инфракрасных матричных фотоприемных устройств, после нанесения на них индиевых микроконтактов. Контакты формировались двумя различными способами: классическим и экспериментальным (с одним «взрывом»). Исследования позволили выявить различные типы дефектов и причины их возникновения. Проведено сравнение двух способов изготовления микроконтактов с целью определения оптимального для повышения процента выхода годных фотоприемных устройств.

Методом спада фотопроводимости μ-PCD и селективного травления исследовалось влияние диффузии фосфора на образование кольцевых неоднородностей в распределении микродефектов и времени жизни неосновных носителей заряда в кремниевых образцах. С помощью метода селективного травления показано, что диффузия фосфора с высокой концентрацией приводит к процессу роста кислородных преципитатов, приводящему к возрастанию неравномерности в распределении микродефектов и времени жизни неосновных носителей заряда. Причиной, вызывающей ускоренный рост преципитатов в областях диффузии, является генерация вакансий диффузионным слоем.