Технологічні причини пробою p-n-переходу кремнієвих p-i-n фотодіодів

Микола Степанович Кукурудзяк

doi:10.20535/2523-4455.mea.268299

Т. 27 · № 3 · 2022 гру 26, 2022 Електронні системи та сигнали

Технологічні причини пробою p-n-переходу кремнієвих p-i-n фотодіодів

МК

Микола Степанович Кукурудзяк Відповідальний АТ «Центральне конструкторське бюро Ритм» Україна

Сторінки268299-1-268299-7 Опублікованогру 26, 2022

PDF

ТОМ 27 · № 3 · 2022 Переглянути випуск

Анотація

Під час виготовлення координатних квадрантних p-i-n фотодіодів з високою напругою зворотного зміщення U зм ≥200 В було спостережено наявність систематичного браку виробів по рівню темнового струму одного (рідше кількох) фоточутливого елемента. Після вимірювання вольт-амперних характеристик побачено, що причиною вказаного є пробій p-n -переходу. Встановлено, що сильний вплив на напругу пробою мають кристалографічні дефекти, зокрема дислокації, механічні порушення, нерівні краї окисної плівки вікон для дифузії, нерівномірний дифузійний профіль, локальний тепловий вплив та ін. Збільшення напруги пробою можливе при збільшенні товщини підкладок, зменшенні концентрації легуючих домішок, чіткому контролю операцій фотолітографії, напилення та приварювання виводів.

Ключові слова

#кремній #фотодіод #дислокація #темновий струм #клин травлення #пробій p-n-переходу

Посилання

Kukurudziak M. S., Dobrovolsky Yu. G. “Silicon p-i-n photodiode with increased pulse sensitivity”. Tekhnologiya i Konstruiro-vanie v Elektronnoi Apparature, 2021, no. 1–2, pp. 61–67. DOI: https://doi.org/10.15222/TKEA2021.1-2.61
Setera B., Christou A. Challenges of Overcoming Defects in Wide Bandgap Semiconductor Power Electronics. Electronics 2022, 11, 10. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics11010010
Setera B., & Christou A. Threading dislocations in GaN high-voltage switches. Microelectronics Reliability, 2021, 124, 114336. DOI: https://doi.org/10.1016/j.microrel.2021.114336
Weber Y. Mechanism of breakdown voltage wavering in power MOSFET induced by silicon crystalline defect. Microelectronics Reliability, 2011, 51(9-11), 1908-1912. DOI: https://doi.org/10.1016/j.microrel.2021.114336
Fiorenza, P., Adamo, S., Alessandrino, M. S., Bottari, C., Carbone, B., Di Martino, C.,... & Roccaforte, F. “Correlation between MOSFETs breakdown and 4H-SiC epitaxial defects” in 2021 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS) pp. 1-6, March, 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/IRPS46558.2021.9405148
Beck, A. L., Yang, B., Guo, X., & Campbell, J. C. “Edge breakdown in 4H-SiC avalanche photodiodes,” IEEE journal of Quan-tum Electronics, 40(3), 321-324, 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/JQE.2003.823033
Pitts, O. J., Hisko, M., Benyon, W., Bonneville, G., Storey, C., & SpringThorpe, A. J. (2017). Planar avalanche photodiodes with edge breakdown suppression using a novel selective area growth based process. Journal of Crystal Growth, 470, 149-153. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2017.04.029
Glunz, Stefan W., and Frank Feldmann. "SiO2 surface passivation layers–a key technology for silicon solar cells." Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 185, pp. 260-269, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.04.029
Sirtl E., Adler. A. “Flubsaure als sperifishes system zur atzgrubenentwicklang auf silizium”, Z. Metallk. Vol.119, no. 6. pp. 529-531, 1961.
N. M. Tugov, B. A. Glebov, N. A. Charykov, Poluprovodnikovyye pribory: Uchebnik dlya vuzov [Semiconductor devices: Text-book for universities], Ed. V. A. Labuntsov, Energoatomizdat, Moscow, 1990. 576 p.
Kukurudziak M.S. “Formation of Dislocations During Phosphorus Doping in the Technology of Silicon p-i-n Photodiodes and their Influence on Dark Currents,” Journal of nano- and electronic physics. vol. 14 no 4, 04015(6сс), 2022. DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.14(4).04015
S. Zie. Physics of semiconductor devices. Moscow: Mir, 1984, vol. 2, p. 347
M. S. Kukurudziak, E. V. Maistruk, "Influence of chromium sublayer on silicon P-I-N photodiodes responsivity," Proc. SPIE 12126, Fifteenth International Conference on Correlation Optics, 121261V, 20 December 2021. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2616170
Kukurudziak, M. S., & Maistruk, E. V. “Features of Diffusion Doping and Boron Gettering of Silicon pin Photodiodes” in 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek) pp. 1-6. 2022. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916420
Reyvi K. Defekty i primesi v poluprovodnikovom kremnii [Defects and impurities in semiconductor silicon]. Mir, Moscow, 1984. 472 p.
Tagaev, M. B., & Abdreymov, A. A. “MODELING MICROPLASMAS PN JUNCTION,” EPRA International Journal of Multidis-ciplinary Research (IJMR), 8(6), 139-145, 2022. DOI: https://doi.org/10.36713/epra2013
Scinner S. M. and oth., “Improve device reliability whith physics-of-failure techniques,” Electronsc Design, 1965 September, 13, 75-75
Datasheet FP-383. URL: https://frast.ru/frast_new/pr_pozitiv_f.html
Datasheet AZ-1518. URL: https://www.microchemicals.com/products/photoresists/az_1518.html

Попередня у випуску Система дистанційного моніторингу ваги для бджільництва Наступна у випуску Імітаційне моделювання автономної системи електроживлення на основі сонячних панелей в режимі реального часу

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел

PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов

У статті розглянуто проблему ідентифікації структури затінення сонячних панелей. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю швидкої та адекватної реконфігурації…

#Сонячні панелі #Фотоелектрична поверхня #Моделювання структури тіней #Квазістатична ідентифікація

с. 362283.1-362283.7

10.20535/2523-4455.mea.362283

Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій

Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна

Стаття присвячена розробці комплексного методу виділення фетального електрокардіосигналу (ФЕКГ) з неінвазивних абдомінальних записів та подальшої автоматизованої…

#абдомінальні електрокардіограми #фетальна електрокардіограма #аритмія #сліпе розділення джерел

с. 356487.1-356487.11

10.20535/2523-4455.mea.356487

Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен

У цій статті розглядається критична проблема погіршення якості електроенергії в сучасних енергосистемах, спричинена поширенням нелінійних навантажень. Такі навантаження…

#фільтр-компенсаційний перетворювач #трифазна трипровідна мережа #якість електроенергії #повне гармонійне спотворення

с. 361138.1-361138.6

10.20535/2523-4455.mea.361138

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Микола Степанович Кукурудзяк, Аналіз спектральної характеристики чутливості дифузійних p-i-n фотодіодів на основі високоомного р-Si , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 28 № 1 (2023): до 125-річчя КПІ ім. Ігоря Сікорського

Схожі статті

Oksana Yuriivna Kutova, Tetyana Yuriivna Obukhova, Mykhailo Hryhorovych Dusheiko, Bogdan Oleksiyovych Loboda, Tetyana Ivanivna Borodinova, Serhii Viktorovych Tkach, Сенсори на польових та фототранзисторах з металевими наночастинками та пористим кремнієм , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Mykhailo Hryhorovych Dusheiko, Heorhii Serhiiovych Koltsov, Tetiana Yuriivna Obukhova, Особливості фотолюмінесценції та спектрів пропускання тонких шарів пористого кремнію на діелектричних основах , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 22 № 6 (2017)
Andrii Volodymyrovych Osinsky, Andrii Volodymyrovych Diahiliev, Oleksandr Vasylovych Borysov, Nataliia Mykolaivna Liakhova, Marat Serhiiovych Onachenko, Nina Olehivna Sukhovii, Ihor Vitaliiovych Masol, Volodymyr Ivanovych Osinsky, Рекордна ефективність сонячних батарей на варізонних трінітрідах квантових енесторів-зоністорів , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Olexander Vasylovych Borisov, Лабораторний тестер сонячних елементів з динамічною реконфігурацією вимірювальної схеми , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен, Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Liubomyr Mykolaiovych Korolevych, Natalia Maksimchuk, Oleksandr Vasyliovych Borysov, Вплив методів отримання тонких плівок оксиду церію на вольт-фарадні характеристики МДН-структур , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 3 (2019)
Віталій О. Іващук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна, Моделювання впливу температури на електричну активність серцевих клітин: ідентифікація ключових іонних струмів за допомогою аналізу чутливості , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 1 (2026)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Marius Klytta, Аналіз процесу в просторі двох змінних , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Myhailo Yuhymovych Artemenko, Larysa Mykolaivna Batrak, Serhii Yosyfovych Polishchuk, Повна потужність та коефіцієнт корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Yaroslav Ivanovych Starovoit, Serhii Viktorovych Kurdiuk, Oleksandr Hryhorovych Leiko, Фізичні поля циліндричних гідроакустичних антен з екраном і циліндричними п’єзокерамічними випромінювачами з радіальною поляризацією , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)

1-10 з 22 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] Kukurudziak M. S., Dobrovolsky Yu. G. “Silicon p-i-n photodiode with increased pulse sensitivity”. Tekhnologiya i Konstruiro-vanie v Elektronnoi Apparature, 2021, no. 1–2, pp. 61–67. DOI: https://doi.org/10.15222/TKEA2021.1-2.61

[2] Setera B., Christou A. Challenges of Overcoming Defects in Wide Bandgap Semiconductor Power Electronics. Electronics 2022, 11, 10. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics11010010

[3] Setera B., & Christou A. Threading dislocations in GaN high-voltage switches. Microelectronics Reliability, 2021, 124, 114336. DOI: https://doi.org/10.1016/j.microrel.2021.114336

[4] Weber Y. Mechanism of breakdown voltage wavering in power MOSFET induced by silicon crystalline defect. Microelectronics Reliability, 2011, 51(9-11), 1908-1912. DOI: https://doi.org/10.1016/j.microrel.2021.114336

[5] Fiorenza, P., Adamo, S., Alessandrino, M. S., Bottari, C., Carbone, B., Di Martino, C.,... & Roccaforte, F. “Correlation between MOSFETs breakdown and 4H-SiC epitaxial defects” in 2021 IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS) pp. 1-6, March, 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/IRPS46558.2021.9405148

[6] Beck, A. L., Yang, B., Guo, X., & Campbell, J. C. “Edge breakdown in 4H-SiC avalanche photodiodes,” IEEE journal of Quan-tum Electronics, 40(3), 321-324, 2004. DOI: https://doi.org/10.1109/JQE.2003.823033

[7] Pitts, O. J., Hisko, M., Benyon, W., Bonneville, G., Storey, C., & SpringThorpe, A. J. (2017). Planar avalanche photodiodes with edge breakdown suppression using a novel selective area growth based process. Journal of Crystal Growth, 470, 149-153. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2017.04.029

[8] Glunz, Stefan W., and Frank Feldmann. "SiO2 surface passivation layers–a key technology for silicon solar cells." Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 185, pp. 260-269, 2018. DOI: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.04.029

[9] Sirtl E., Adler. A. “Flubsaure als sperifishes system zur atzgrubenentwicklang auf silizium”, Z. Metallk. Vol.119, no. 6. pp. 529-531, 1961.

[10] N. M. Tugov, B. A. Glebov, N. A. Charykov, Poluprovodnikovyye pribory: Uchebnik dlya vuzov [Semiconductor devices: Text-book for universities], Ed. V. A. Labuntsov, Energoatomizdat, Moscow, 1990. 576 p.

[11] Kukurudziak M.S. “Formation of Dislocations During Phosphorus Doping in the Technology of Silicon p-i-n Photodiodes and their Influence on Dark Currents,” Journal of nano- and electronic physics. vol. 14 no 4, 04015(6сс), 2022. DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.14(4).04015

[12] S. Zie. Physics of semiconductor devices. Moscow: Mir, 1984, vol. 2, p. 347

[13] M. S. Kukurudziak, E. V. Maistruk, "Influence of chromium sublayer on silicon P-I-N photodiodes responsivity," Proc. SPIE 12126, Fifteenth International Conference on Correlation Optics, 121261V, 20 December 2021. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2616170

[14] Kukurudziak, M. S., & Maistruk, E. V. “Features of Diffusion Doping and Boron Gettering of Silicon pin Photodiodes” in 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek) pp. 1-6. 2022. DOI: https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916420

[15] Reyvi K. Defekty i primesi v poluprovodnikovom kremnii [Defects and impurities in semiconductor silicon]. Mir, Moscow, 1984. 472 p.

[16] Tagaev, M. B., & Abdreymov, A. A. “MODELING MICROPLASMAS PN JUNCTION,” EPRA International Journal of Multidis-ciplinary Research (IJMR), 8(6), 139-145, 2022. DOI: https://doi.org/10.36713/epra2013

[17] Scinner S. M. and oth., “Improve device reliability whith physics-of-failure techniques,” Electronsc Design, 1965 September, 13, 75-75

[18] Datasheet FP-383. URL: https://frast.ru/frast_new/pr_pozitiv_f.html

[19] Datasheet AZ-1518. URL: https://www.microchemicals.com/products/photoresists/az_1518.html