Р–i–n-фотодіод на основі високоомного кремнію p-типу з підвищеною чутливістю на довжині хвилі 1060 нм

Анотація

Ефективними для вирішення завдань радіометрії ближньої ІЧ-області спектру — від 780 до 3000 нм — є фотоприймачі на основі напівпровідників, спектральний діапазон чутливості яких відповідає зазначеному спектральному діапазону. Попри потребу, на ринку відсутні фотодіоди з високою струмовою монохроматичною чутливістю на модульованому потоці та імпульсною чутливістю на довжині хвилі 1060 нм (не менше 0,4 А/Вт), які б характеризувалися низькими питомими темновими струмами та ємністю.
Одним з основних використовуваних матеріалів в цій галузі електроніки є кремній. Спектральний діапазон чутливості кремнієвих фотодіодів складає від 380 до 1100 нм з максимумом спектральної характеристики в області 800 — 900 нм. В цьому діапазоні працює більшість ІЧ-лазерів та світлодіодів.
У цій статті представлено результати розробки, оптимізації та вдосконалення технології p–i–n-фотодіоду на основі високоомного кремнію р-типу з підвищеною чутливістю на довжині хвилі 1060 нм. В процесі досліджень було підібрано матеріал з оптимальним рівнем часу життя неосновних носіїв заряду та опором. Встановлено і відпрацьовано технологічні режими, оптимальні для вирішення поставленої задачі.
Запропоновано режими дифузії фосфора, які дозволяють отримати оптимальні концентрації неосновних носіїв заряду. Для забезпечення якісних параметрів фотодіодів експериментально встановлено режими дифузії бора для максимального відновлення часу життя носіїв заряду, який знижувався під час термічних операцій.
Сформульовано основні критерії ширини n⁺- та p⁺-областей та області просторового заряду для повного поглинання випромінювання.
Отримано фотодіоди з підвищеною струмовою монохроматичною імпульсною чутливістю та чутливістю на модульованому потоці за умов забезпечення низьких рівнів темнових струмів та ємності фоточутливих елементів.
Досягнуто квантової ефективності порядку 58%, що наближається до теоретичної межі.