Перейти до вмісту
Мікросистеми, Електроніка та Акустика
ISSN 2523-4447 · e‑ISSN 2523-4455 Відкритий доступ · CC BY-SA 4.0
Т. 28 · № 3 · 2023 гру 27, 2023 Мікросистеми та фізична електроніка

Дослідження динамічного діапазону кремнієвих фотодіодів для застосування в оптичній пірометрії

ДВ
Дмитро О. Вербіцький Відповідальний Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" Україна
АВ
Андрій О. Воронько Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна
Сторінки284933.1-284933.7 Опублікованогру 27, 2023
PDF
ТОМ 28 · № 3 · 2023 до 125-річчя КПІ ім. Ігоря Сікорського Переглянути випуск

Анотація

Оптична пірометрія є одним з основних безконтактних методів для прецизійного вимірювання температури напівпровідникових підкладок для технології газофазної епітаксії з металоорганічних сполук (ГФЕ МОС). Вимоги до фотоелементу пірометра обумовлені особливістю процесу. У пірометрі кремнієвий фотодіод функціонує в режимі, який характеризується невеликим значенням напруги зміщення, високою чутливістю до слабкого світлового випромінювання та низьким рівнем шумів. Основні температури, які використовуються в технології газофазної епітаксії, залежать від матеріалу напівпровідника, який вирощується, та від параметрів процесу. Зазвичай, температури процесу знаходяться в діапазоні від 500 до 1200 °C. В даній статті розглянуто кремнієвий p-n фотодіод, який використовується як чутливий елемент в пірометричній системі контролю. Вимогами до фотодетектора є достатній час наростання і спаду для роботи з модульованим світлом з частотою до 10 кГц, що обумовлено обертанням тримача пластин в реакторі, висока монохроматична ампер-ватна чутливість в області вимірювання і мінімальне значення темнового струму. Показано, що спектральна струмова чутливість кремнієвого фотодіода визначається коефіцієнтом відбиття випромінювання від поверхні Rλ і внутрішнім квантовим виходом η λ , який визначається конструкцією переходу. Значення темнового струму і ампер-ватної спектральної чутливості фотодіоду залежать від конструктивно-технологічних факторів. Для досягнення мінімального значення темнового струму та максимальної спектральної чутливості в діапазоні понад 900 нм, для планарно-дифузійної технології необхідні високоякісні кремнієві пластини з великою дифузійною довжиною. Це призводить до підвищення спектральної чутливості та зменшення шумової складової генерації струму. В ході роботи були отримані фотодіоди, серед яких для подальших досліджень були відібрані ті, що мають найменше значенням темнового струму і максимальною ампер-ватною чутливістю на робочій довжині хвилі вимірювання. Дослідження показали, що температурний поріг для кремнієвого фотодіода з робочою довжиною хвилі 930 нм становить 450 °C. Аналітичні та емпіричні дослідження дозволяють покращити характеристики систем контролю температури для технології газофазної епітаксії. Також отримані результати сприяють розробці технології отримання фотоприймачів з покращеними характеристиками. У цьому випадку це дає змогу підвищити точність вимірювання температури поверхні пластин і контролю параметрів в процесі газофазної епітаксії, що в свою чергу призводить до підвищення ефективності самого процесу MOCVD.

Ключові слова

#кремнієвий фотодіод #оптична пірометрія #газофазна епітаксія #динамічний діапазон #темновий струм #спектральна струмова чутливість

Посилання

  1. S. I. Krukovskyi, V. Arikov, A. O. Voronko and V. S. Antonyuk, “Features of Low-Temperature GaAs Formation for Epitaxy Device Structures,” Journal of Nano- and Electronic Physics, 14 No 2, 02016, 2022, DOI: https;//doi.org/10.21272/jnep.14(2).02016
  2. S. Xu, S. Zhang, J. D. Kirch, H. Gao, Y. Wang, M. L. Lee, S. R. Tatavarti, D. Botez, L. J. Mawst, “8.1 μm-emitting InP-based quantum cascade laser grown on Si by metalorganic chemical vapor deposition.” Appl. Phys. Lett. 17 July 2023; 123 (3): 031110. DOI: https://doi.rog/10.1063/5.0155202
  3. A. R. Boyd, S. Degroote, M. Leys, F. Schulte, O. Rockenfeller, M. Luenenbuerger, and M. Heuken” Growth of GaN/AlGaN on 200 mm diameter silicon (111) wafers by MOCVD,” Physica Status Solidi (c), 6(S2), S1045–S1048. June 2009. DOI: https://doi.org/10.1002/pssc.200880925
  4. B. McEwen, M. A. Reshchikov, E. Rocco, V. Meyers, K. Hogan, O. Andrieiev, M. Vorobiov, Denis O. Demchenko, and F. Shahedipour-Sandvik, “MOCVD Growth and Characterization of Be-Doped GaN”, ACS Applied Electronic Materials, 2022 4 (8), 3780-3785 DOI: https://doi.rog/10.1021/acsaelm.1c01276
  5. A. O. Voronko and D. O. Novikov, “Dependence of temperature determination accuracy on the bandwidth of the interference filter in optical pyrometry systems”, Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., no. 65(1), pp. 52–57, Jun. 2023, DOI: https;//doi.org/10.20535/1970.65(1).2023.283332
  6. V. G. Verbitskiy, V. S. Antonyuk, A. O. Voronko, L. M. Korolevych, D. V. Verbitskiy and D. O. Novikov, “Matrix of Photo-sensitive Elements for Determining the Coordinates of the Source of Optical Radiation,” Journal of Nano- and Electronic Phys-ics, vol. 13, no. 4, article 04029, Aug 2021, DOI: https://doi.org/10.21272/jnep.13(4).04029
  7. T. Igo, and K. Sato, “Noise Characteristics in Silicon Photodiodes,” Japanese Journal of Applied Physics, 8(12), 1481–1491. 1969. DOI: https://doi.org/10.1143/jjap.8.1481
  8. L.-F. Mao, ”Physical Model of the Effects of Drift Velocity on Current Transport in PN Junctions under the Forward Electric Field,”. Silicon. 2019. DOI: https;//doi.org/10.1007/s12633-019-00249-8
  9. N. Margalit, C. Xiang, S. M. Bowers, A. Bjorlin, R. Blum & J. E. Bowers, "Perspective on the future of silicon photonics and electronics", Applied Physics Letters, 118(22), 220501. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0050117
  10. Z. Djuríc, and B. Radjenović, “Rise time of silicon p-n-p photodiodes,” Solid-State Electronics, 26(12), 1143–1149. 1983. DOI: https;//doi.org/10.1016/0038-1101(83)90141-7
  11. Park Myunghwan, Choi Kwangsik, S. Singh, S. Aslam, and M. Peckerar “Low leakage current technology in P+N silicon photodiode detector,” 2009 International Semiconductor Device Research Symposium.2009. DOI: https;//doi.org/10.1109/isdrs.2009.5378119
  12. J. Geist, A. J. D. Farmer, P. J. Martin, F. J. Wilkinson and S. J. Collocott, “Elimination of interface recombination in oxide passivated silicon p^+n photodiodes by storage of negative charge on the oxide surface,” Applied Optics, 21(6), 1130.1982. DOI: https;//doi.org/10.1364/ao.21.001130
  13. E. F. Zalewski and J. Geist, “Silicon photodiode absolute spectral response self-calibration,” Applied Optics, 19(8), 1214. 1989. DOI: https://doi.org/10.1364/ao.19.001214
  14. R. Korde, R. And J. Geist, “Quantum efficiency stability of silicon photodiodes,” Applied Optics, 26(24), 5284. 1987. DOI: https://doi.org/10.1364/ao.26.005284
  15. P. Dalapati, N. B. Manik, and A. N. Basu, “Effect of Temperature on Electro-Optical Characteristics of Silicon Based p-n Photodiode (VTB8440BH)”. Silicon. 2018. DOI: https://doi.org/10.1007/s12633-018-9789-0
  16. H. Ouchi, T. Mukai, T. Kamei, and M. Okamura, “Silicon p-n junction photodiodes sensitive to ultraviolet radiation,” IEEE Transactions on Electron Devices, 26(12), 1965–1969. DOI: https://doi.org/10.1109/t-ed.1979.19803
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

Механічно перелаштовувана антена з іонно-полімерним металевим композитом

Artem Serhiyovych Chernov, Oleksii O. Malyshok, Victor Anatoliiovych Kazmirenko, Irina Petrivna Holubeva, Yuriy Vasylovych Prokopenko, Guy A. E. Vandenbosch

Розглядається актуальна задача створення антен для сучасних бездротових систем, здатних до роботи у різних частотних діапазонах. Зазвичай для перелаштування частоти…

#структура з відхиленням електрода #фільтена #перелаштування частоти #актюатор ІМПК
с. 343504.1-343504.6
10.20535/2523-4455.mea.343504

Модель генератора Маркса для генерації коронного розряду у повітрі

Andrii Viktorovych Melnyk, Oleh Mykolaiovych Bevza, Anatolii Ivanovych Kuzmichiev

У статті розглянуто роботу генератора Маркса з навантаженням у вигляді від'ємного коронного розряду в повітрі за атмосферного тиску та побудовано його електричну модель.…

#коронний розряд #генератор Маркса #висока напруга #іонізація
с. 324599.1-324599.8
10.20535/2523-4455.mea.324599

Взаємодія срібних наночастинок з підкладкою в умовах плазмонного резонансу

Yurii I. Mysiuk, Yurii B. Smachylo, Oleksandr V. Ilin, Tetiana Oleksandrivna Bulavinets, Iryna Y. Yaremchuk

Взаємодія між наночастинками металів і підкладками в умовах плазмонного резонансу відіграє вирішальну роль у різних оптичних застосуваннях. У цій роботі ми досліджуємо…

#наночастинки срібла #переріз екстинкції #підкладка #локалізований поверхневий плазмонний резонанс
с. 303929.1-303929.6
10.20535/2523-4455.mea.303929

Схожі статті

1-10 з 36

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