×
10.10.2014
216.012.fc64

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано в системах лазерной локации, обнаружения лазерного излучения, ИК-спектрометрии, многоспектральных ВОЛС, а также нового поколения систем ночного видения. Согласно изобретению изготовление многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n-структур InGaAs/InP на поверхность р+-In 0,53 Ga 0,47 As осуществляют путем нанесения фотолитографическим способом маски фоторезиста, ионного травления до подложки n+-InР и финишным химическим травлением, которым формируют множество одинаковых несвязанных p-i-n-областей на проводящем основании, изолированных друг от друга промежутком, ширина которого составляет 1 мкм. При этом потеря светового потока в матрице с шагом 15 мкм составит 6,5%, что в четыре раза меньше, чем при жидкостном способе формирования отдельных p-i-n-диодов. Глубина травления меза-структуры задается временем и скоростью травления ионами аргона с энергией 1 кэВ и плотностью тока 0,2 мА/см до подложки n+-InР через маску фоторезиста, что позволяет останавливать процесс травления на требуемой глубине, разделяя элементы матрицы по обедненному носителями n-слою, и, таким образом, устраняет фотоэлектрическую взаимосвязь между отдельными элементами. Таким образом, изобретение обеспечивает создание технологии изготовления матриц фоточувствительных элементов с минимальными потерями светового потока, без фотоэлектрической взаимосвязи и высоким быстродействием. 1 ил.
Основные результаты: Способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n-структур InGaAs/InP, состоящий в том, что множество одинаковых фотоэлектрически несвязанных p-i-n-областей в матрице фотодиодов формируют травлением эпитаксиальной структуры с p-i-n-переходом до подложки n+-InP, отличающийся тем, что множество одинаковых фотоэлектрически несвязанных p-i-n-областей на проводящем основании формируют ионным травлением ионами аргона с энергией 1 кэВ и плотностью тока 0,2 мА/см p-i-n-структуры р+-In 0,53 Ga 0,47 As, p-InP, n-In 0,53 Ga 0,47 As на подложке n+-InP до подложки n+-InP через маску фоторезиста и финишным химическим травлением.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к технологии изготовления многоэлементных фотоприемников и может быть использовано в системах лазерной локации, обнаружения лазерного излучения, ИК-спектрометрии, многоспектральных ВОЛС, а также нового поколения систем ночного видения.

Известен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе InGaAs [Marshall J.Cohen et al. Commercial and Industrial Applications of Indium Gallium Arsenide Near Infrared Focal Plane Arrays, описанный в Part of the SPIE Conference on Infrared Technology and Applications XXV Orlando, Florida, April 1999 SPIE Vol.3698], пo меза-планарной технологии с использованием эпитаксиальной структуры n-InP/n-In 0,53 Ga 0,47 As/n+-InP, разработанный фирмой Sensor Unlimited, Inc. (США). Единичные фотодиоды являются планарными, и все процессы диффузии проводятся с маской из пассивирующей пленки нитрида кремния (Si3N4). Фотодиодная матрица изолируется с помощью меза-травления эпитаксиальных слоев n-InP и n-In 0,53 Ga 0,47 As до подложки +-InP, при этом формируется электрический контакт к n+-InP, т.н. общий вывод. Технология способа изготовления включает в себя следующие процессы:

- пластину покрывают пленкой Si3N4 для хорошей пассивации поверхности;

- фотолитографическим способом в пленке вскрывают окна под диффузию с помощью плазмохимического травления;

- p-n-переход формируют диффузией цинка в замкнутой трубе из источника ZnAs. Время и температура диффузии подбираются так, чтобы диффузионный фронт находился на глубине около 2500А в активном слое InGaAs;

- пластины покрывают вторым слоем пленки Si3N4;

- во втором слое Si3N4 вскрывают контактные окна и создают омические контакты металлизацией золото/цинк (Au/Zn);

- фотодиодную матрицу изолируют меза-травлением, и образуется контакт к подложки n+-InP;

- омический контакт золото/германий (Au/Ge) наносят на подложку и, таким образом, формируют оба контакта на пластине;

- с обратной стороны наносят антиотражающее покрытие;

- металлизацию золото/титан (Au/Ti) наносят в качестве верхнего слоя как на омические контакты к р-области, так и на омические контакты к подложке n+-InP;

- индиевые столбики наносят на контакты как к р-области, так и на контакты к подложке n+-InP;

- пластины разбраковывают и режут на кристаллы.

Недостатком указанного способа является то, что при меза-планарной технологии изготовления фотоприемника и засветке кристалла с обратной стороны (при эксплуатации в составе фотоэлектронного модуля) существует большая вероятность боковой засветки вне области пространственного заряда (ОПЗ), что приводит к фотоэлектрической взаимосвязи соседних каналов и снижению быстродействия фоточувствительного элемента за счет диффузионной составляющей собирания генерированных светом носителей заряда из объема примыкающего к периметру p-i-n-перехода. Длина диффузии неосновных носителей может составлять 60 мкм.

Одним из решений проблемы является сформированная на освещаемой стороне подложки n+-InР диафрагма, которая устраняет возможность боковой засветки периферийной необедненной n-области при планарной технологии изготовления кристалла многоэлементного фотоприемника[RU 2318272 С1, Чинарева И.В., Огнева О.В., Забенькин О.Н., Мищенкова Т.Н. «Способ изготовления быстродействующего многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных структур InGaAs/InP»]. Недостатком этого способа являются большие темновые токи элементов, величина которых пропорциональна объему области, примыкающей к периметру p-i-n-перехода, из которой собираются неосновные носители, и это снижает пороговые характеристики прибора. Кроме этого, на диафрагме отражается часть падающего излучения, что приводит к потере полезного сигнала. Дифракционное рассеяние на диафрагме уменьшает быстродействие из-за наличия диффузионной составляющей тока носителей, генерированных в области тени диафрагмы.

Наиболее близким к настоящему изобретению является техническое решение, описанное в статье [High Uniformity InGaAs Linear Mesa-type SWIR Focal Plane Arrays» Tang Hengjing*a, b, Wu Xiaoli a, b, Zhang Kefeng a, b, Ye Liping a, Wang Nili a, Li Xue a, Gong Haimei a aState Key Laboratories of Transducer Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China 200083; bGraduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing, China 100039]. Линейные четырехрядные матрицы фотодиодов с размером пикселя 56×56 мкм2 и шагом в линейке фотодиодов 112 мкм сформированы химическим травлением эпитаксиальной структуры с p-i-n-переходом до подложки n+-InP. В такой структуре при условии полного стравливания слоя n-In 0,53 Ga 0,47 As за пределами проекции периметра p-i-n-перехода отсутствуют области, из которых собираются избыточные неосновные носители. Однако по мнению авторов коэффициент фотоэлектрической взаимосвязи соседних элементов составляет 7% из-за неполного стравливания слоя n-In 0,53 Ga 0,47 As. Из-за неоднородного травления по площади трудно изготовить матрицы элементов с одинаковой глубиной травления. В случае прямого травления эпитаксиального слоя до подложки через маску фоторезиста процесс растворения идет изотропно. Поэтому минимальное расстояние между пикселями обычно превышает толщину эпитаксиального слоя. При необходимой глубине травления 4 мкм и шаге в матрице 15 мкм получим площадь фоточувствительного элемента не более 13×13 мкм2. Потеря светового потока составит (1-13×13/15×15)×100%=25%.

Известен способ изготовления индиевых микроконтактов ионным травлением [Болтарь К.О., Корнеева М.Д., Мезин Ю.С., Седнев М.В. Прикладная физика. 2011 г., №1]. Метод травления ионами инертного газа позволяет воспроизводить с прецизионной точностью размеры маски, нанесенной на поверхность любого материала. При этом процесс травления идет анизотропно в направлении падения ионов рабочего газа. Недостатком известного способа является возможность переосаждения распыляемых атомов поверхности на вертикальные стенки формируемой структуры. Это может приводить к образованию слоя, шунтирующего p-i-n-переход.

Задачей настоящего изобретения является создание многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных структур InGaAs/InP с минимальными потерями регистрируемого излучения без фотоэлектрической взаимосвязи элементов и увеличение его быстродействия.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в способе изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n-структур InGaAs/InP на поверхность р+-In 0,53 Ga 0,47 As фотолитографическим способом наносят маску фоторезиста и ионным травлением до подложки n+-InР и финишным химическим травлением формируют множество одинаковых несвязанных р-i-n-областей на проводящем основании, изолированных друг от друга промежутком, ширина которого меньше, чем в аналоге. Финишное химическое травление поверхности проводят для удаления слоя, образовавшегося при ионном травлении и шунтирующего p-n-переходы. Далее выполняют стандартные процессы: удаление фоторезиста, нанесение пленки нитрида кремния, вскрывают окна в нитриде кремния, изготавливают контакты к n- и p-областям. Ширина промежутка между несвязанными областями составляет 1 мкм. При этом потеря светового потока в матрице с шагом 15 мкм составит (1-14,5x14,5/15x15)х100%=6,5%, что в четыре раза меньше, чем при жидкостном способе формирования отдельных p-i-n-диодов. Глубина травления меза-структуры задается временем и скоростью травления ионами аргона с энергией 1 кэВ и плотностью тока 0,2 мА/см2 до подложки n+-InP через маску фоторезиста, что позволяет останавливать процесс травления на требуемой глубине, разделяя элементы матрицы по обедненному носителями n-слою, и, таким образом, устраняет фотоэлектрическую взаимосвязь между отдельными элементами. В изготовленной предлагаемым способом матрице фоточувствительных элементов отсутствуют области за пределами проекции периметра p-i-n-перехода, что способствует увеличению быстродействия фотоприемника.

Схематическое изображение фрагмента матрицы, изготовленной по предлагаемому способу, иллюстрируется на фиг.1.

Способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n-структур InGaAs/InP, состоящий в том, что множество одинаковых фотоэлектрически несвязанных p-i-n-областей в матрице фотодиодов формируют травлением эпитаксиальной структуры с p-i-n-переходом до подложки n+-InP, отличающийся тем, что множество одинаковых фотоэлектрически несвязанных p-i-n-областей на проводящем основании формируют ионным травлением ионами аргона с энергией 1 кэВ и плотностью тока 0,2 мА/см p-i-n-структуры р+-In 0,53 Ga 0,47 As, p-InP, n-In 0,53 Ga 0,47 As на подложке n+-InP до подложки n+-InP через маску фоторезиста и финишным химическим травлением.
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 29.
10.08.2013
№216.012.5e57

Способ измерения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов матричных инфракрасных фотоприемных устройств

Изобретение относится к способам измерения параметров инфракрасных матричных фотоприемных устройств (ИК ФПУ), работающих в режиме накопления. Способ измерения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов матричных ИК ФПУ включает установку ФПУ на заданном расстоянии от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489772
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.09.2013
№216.012.6912

Способ изготовления индиевых микроконтактов ионным травлением

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. Сущность изобретения: в способе изготовления индиевых микроконтактов пластину с матрицами БИС или фотодиодными матрицами защищают перфорированной в местах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492545
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.06.2014
№216.012.d005

Многоэлементный ик фотоприемник

Изобретение относится к многоэлементным или матричным фотоприемникам (МФП) на основе антимонида индия, чувствительным в спектральном диапазоне 3-5 мкм. Конструкция МФП позволяет повысить выход годных и улучшить однородность параметров МФП в серийном производстве за счет увеличения квантовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519024
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.07.2014
№216.012.de3f

Способ изготовления матричного фотоприемника

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения. Изготовление матричного фотоприемника (МФП) из объемного материала требует утоньшения базовой области матричного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522681
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.de97

Способ изготовления индиевых микроконтактов с помощью позитивного обращаемого фоторезиста

Использование: для получения индиевых микроконтактов и соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. Сущность изобретения заключается в том, что на полупроводниковую пластину с металлическими площадками для формирования индиевых микроконтактов наносят слой позитивного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522769
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.deb8

Способ изготовления микроконтактов матричных фотоприемников

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. В способе изготовления микроконтактов матричных фотоприемников согласно изобретению формируют на пластине с матрицами БИС или фотодиодными матрицами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522802
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.e26e

Способ обнаружения скрытых дефектов матричных бис считывания

Изобретение относится к тестированию матричных БИС считывания и может быть использовано для определения координат скрытых дефектов типа утечек сток-исток, которые невозможно обнаружить до стыковки кристаллов БИС считывания и матрицы фоточувствительных элементов. На кремниевой пластине с годными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523752
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.ed09

Способ сборки ик-фотоприемника

Изобретение относится к технологии гибридизации ИК-фотоприемника способом перевернутого монтажа (flip chip) и может быть использовано для выравнивания зазоров между кристаллами БИС и МФЧЭ, что приводит к увеличению надежности соединения и стойкости к термоциклированию соединения кристаллов, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526489
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.12.2014
№216.013.124f

Способ изготовления фотоприемников на основе эпитаксиальных p-i-n структур gan/ algan

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра. Согласно изобретению предложен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536110
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.1329

Способ утоньшения фоточувствительного слоя матричного фотоприемника

Использование: для изготовления полупроводниковых фотоприемников и для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения. Сущность изобретения заключается в том, что фоточувствительный элемент с «толстой» базовой областью утоньшается до нужной толщины (10-15 мкм) прецизионными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536328
Дата охранного документа: 20.12.2014
Показаны записи 1-10 из 34.
10.08.2013
№216.012.5e57

Способ измерения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов матричных инфракрасных фотоприемных устройств

Изобретение относится к способам измерения параметров инфракрасных матричных фотоприемных устройств (ИК ФПУ), работающих в режиме накопления. Способ измерения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов матричных ИК ФПУ включает установку ФПУ на заданном расстоянии от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489772
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.09.2013
№216.012.6912

Способ изготовления индиевых микроконтактов ионным травлением

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. Сущность изобретения: в способе изготовления индиевых микроконтактов пластину с матрицами БИС или фотодиодными матрицами защищают перфорированной в местах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492545
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.06.2014
№216.012.d005

Многоэлементный ик фотоприемник

Изобретение относится к многоэлементным или матричным фотоприемникам (МФП) на основе антимонида индия, чувствительным в спектральном диапазоне 3-5 мкм. Конструкция МФП позволяет повысить выход годных и улучшить однородность параметров МФП в серийном производстве за счет увеличения квантовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519024
Дата охранного документа: 10.06.2014
20.07.2014
№216.012.de97

Способ изготовления индиевых микроконтактов с помощью позитивного обращаемого фоторезиста

Использование: для получения индиевых микроконтактов и соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. Сущность изобретения заключается в том, что на полупроводниковую пластину с металлическими площадками для формирования индиевых микроконтактов наносят слой позитивного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522769
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.deb8

Способ изготовления микроконтактов матричных фотоприемников

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. В способе изготовления микроконтактов матричных фотоприемников согласно изобретению формируют на пластине с матрицами БИС или фотодиодными матрицами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522802
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.e26e

Способ обнаружения скрытых дефектов матричных бис считывания

Изобретение относится к тестированию матричных БИС считывания и может быть использовано для определения координат скрытых дефектов типа утечек сток-исток, которые невозможно обнаружить до стыковки кристаллов БИС считывания и матрицы фоточувствительных элементов. На кремниевой пластине с годными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523752
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.08.2014
№216.012.ed09

Способ сборки ик-фотоприемника

Изобретение относится к технологии гибридизации ИК-фотоприемника способом перевернутого монтажа (flip chip) и может быть использовано для выравнивания зазоров между кристаллами БИС и МФЧЭ, что приводит к увеличению надежности соединения и стойкости к термоциклированию соединения кристаллов, с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002526489
Дата охранного документа: 20.08.2014
20.12.2014
№216.013.124f

Способ изготовления фотоприемников на основе эпитаксиальных p-i-n структур gan/ algan

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра. Согласно изобретению предложен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536110
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.1329

Способ утоньшения фоточувствительного слоя матричного фотоприемника

Использование: для изготовления полупроводниковых фотоприемников и для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения. Сущность изобретения заключается в том, что фоточувствительный элемент с «толстой» базовой областью утоньшается до нужной толщины (10-15 мкм) прецизионными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536328
Дата охранного документа: 20.12.2014
27.12.2014
№216.013.161d

Способ снижения омического сопротивления индиевых микроконтактов с помощью термического отжига

Изобретение относится к технологии изготовления индиевых микроконтактов в матричных фотоприемниках ИК-излучения и БИС считывания фотосигнала. Изобретение обеспечивает изготовление индиевых микроконтактов с низким сопротивлением и высокой однородностью их значений в пределах больших массивов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537085
Дата охранного документа: 27.12.2014
+ добавить свой РИД