Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

Магистр 1 года обучения Закерничная А.А.

Московский Государственный Университет Приборостроения и Информатики, Россия, Москва

Экспериментальные исследования измерения темновых токов и токовой монохроматической чувствительности.

Для решения ряда специфических задач фотоэлектроники требуются многоплощадочные фотодиоды на кремнии, где все площадки располагаются в линию и при этом для обеспечения требуемых пороговых параметров необходимо, чтобы площадки имели ультранизкие значения темнового тока при обратном смещении 10÷20 мВ и близкую к предельным значениям токовую чувствительность на заданной рабочей длине волны излучения (λ).

Наиболее трудновыполнимой является задача обеспечения темнового тока на уровне единиц пикоампера. Трудность решения последней из этих задач усугубляется с уменьшением рабочей длины волны излучения, когда требуется уменьшить глубину залегания p-n перехода.

Целью данной работы являлось экспериментальное исследование положительного влияния закороченного охранного кольца на работу много площадочного кремниевого фотодиода.

Был составлен технологический маршрут, по которому изготавливались партии из 5-15 пластин каждая. Удельное сопротивление пластин 4,5 Ом∙см. Топология изготовленных кристаллов была 2-х видов: без закороченного охранного кольца №1 и с закороченным охранным кольцом №2, которое представляет собой закороченный p⁺-n переход вокруг рабочего p⁺-n перехода.

Кристаллы готовили к сборке. Собирали в прибор только годные кристаллы, которые проверяли по величине темнового тока. При этом значение темнового тока не должно превышать 5 нА на всех 16 элементах кристалла при обратном смещении 1 В. Годные кристаллы были приклеены на растр с последующей разваркой золотых выводов Ø30 мкм от контактов кристалла к токоведущим дорожкам растра. На полученных ФЧЭ проводились измерения темнового тока при напряжениях 10 мВ, 20 мВ и 1000 мВ, а также токовая монохроматическая чувствительность к излучению с длиной волны 0,56 мкм.

Результаты измерения темновых токов и токовой монохроматической чувствительности.

На основе полученных результатов измерения темнового тока при рабочих напряжениях 10 мВ, 20 мВ и 1000 мВ построены гистограммы (см. рисунок 1).

Гистограммы подтвердили предположение о том, что партия кристаллов с охранным кольцом (партия 2) имеет более низкие величины темновых токов по сравнению с партией кристаллов с базовой топологией (партия 1).

а)

б)

в)

Рисунок.1. Гистограммы темновых токов партий 1 и 2 при 10 мВ (а), 20 мВ (б) и 1 В (в) при Т=20 °С.

Токовая монохроматическая чувствительность

Построены гистограммы значений токовой монохроматической чувствительности площадок ФД партий 1 и 2 на длине волны λ=0,56 мкм.

Как видно из гистограммы – топология не влияет на чувствительность кристаллов.

Рисунок.2. Гистограмма токовой монохроматической чувствительности.

Выводы.

1. Проведено сравнение топологии с охранным кольцом и базовой топологии по результатам измерения темновых токов и токовой монохроматической чувствительности на рабочей длине волны.

2. Показано положительное влияние топологии с закороченным охранным кольцом.

3. Средний уровень темновых токов ФД, изготовленных по выбранной технологии и топологии составляет менее 10 пА при U=20 мВ и (20-50) пА при 1 В, монохроматическая токовая чувствительность составляет 0,26÷0,34 А/Вт.

4. Выход годных ФЧЭ с указанным уровнем параметров составляет 20÷35%.

Литература:

1. Гаман, В.И. Физика полупроводниковых приборов/ В.И. Гаман. – Томск: Издательство НТЛ, 2000. – 426 с.

2. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы -М.: Энергоатомиздат., 1990.

3. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под ред. проф. Федорова Н.Д. -М.: Радио и связь, 1998.

4. Прикладная физика, №1, 2002 г., с. 48-51 «О влиянии поверхностных и контактных явлений