СПЕКТРАЛЬНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ КРЕМНИЕВЫХ p

УДК :621.382.473
*БЛЫНСКИЙ В.И., ГОЛУБ Е.С.,
КУЗЬМИН С.А.,ЛЕМЕШЕВСКАЯ А.М.
.
ФОТОПРИЕМНИК ДЛЯ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ ИС
*Институт электроники НАН Беларуси ,
220090, Минск,Логойский тракт, 22, тел.:(017) 265-33-27,
fax:(017) 283-91-51, e-mail: lpo@inel.bas-net.by
УП «Белмикросистемы» НПО «Интеграл».
220064, Минск, ул.Корженевского 12., тел.(017) 277-15-23,
fax: (017) 278-28-22
В работе рассматривается фотоприемник, состоящий из двух параллельно включенных p-n переходов, сформированный в одном кремниевом
кристалле с интегральной схемой (ИС)
Подавляющее большинство фотоприемных устройств для лазерной
локации и дистанционного управления аппаратурой выполняются в виде
гибридной сборки, в которой в качестве фотоприемника используется фотодиод, выполненный в отдельном кристалле [1,2]. В этом случае фотодиод может быть оптимизирован для работы в требуемой области спектра
соответствующим выбором удельного сопротивления кремния, глубины
p-n перехода и технологии изготовления фотодиода.
С точки зрения микроминиатюризации и надежности фотоприемного
устройства целесообразно его выполнение в виде фоточувствительной ИС,
в которой фотодиод выполнен в одном кристалле кремния со схемой усилителя и обработки сигнала. В этом случае в качестве фотодиода используется p-n переход, сформированный в эпитаксиальной пленке, выращенной на кремниевой подложке, либо p-n переход, сформированный в подложке. В качестве последнего обычно используется переход эпитаксиальный слой – подложка [3]. В первом случае фоточувствительная область
фотодиода ограничивается толщиной эпитаксиальной пленки, и он обычно
используется для приема
излучения видимого диапазона спектра, поглощающегося на глубине в несколько микрон в кремнии. Однако такой
фотодиод неэффективен при приеме инфракрасного излучения, поглощающегося на глубине в десятки микрон в кремнии. Во втором случае
глубина фоточувствительной области определяется, в основном, диффузионной длиной неосновных носителей заряда, генерируемых светом в подложке. Эпитаксиальный p-n переход более эффективно принимает излучение инфракрасной чем видимой области спектра. Технология изготовления интегральных фотодиодов жестко ограничена технологией изготовления ИС, поэтому оптимизировать их конструкцию и технологию для полу-
чения приемлемой спектральной чувствительности во всей области собственного поглощения кремния является трудной задачей. Используемые
интегральные фотодиоды обладают необходимой чувствительностью
только в отдельных участках диапазона спектральной чувствительности
кремниевых фотоприемников.
Представляет интерес конструкция интегрального фотоприемника,
состоящего из параллельно включенных p-n переходов, один из которых
сформирован в эпитаксиальной пленке, а второй - в кремниевой подложке
(рис.1).
p
n
p+
p+
n
n+
Рис.1.
Конструкция
интегрального
фотоприемника
p
В таком фотоприемнике неосновные носители заряда, генерируемые
светом видимой области спектра, собираются преимущественно p-n переходом, сформированным в эпитаксиальной пленке, а p-n переход, сформированный в подложке, собирает преимущественно носители заряда, генерируемые инфракрасным излучением. Предлагаемый фотоприемник
обладает большей емкостью чем один p-n переход. Однако проблема
влияния емкости фотоприемника на быстродействие ИС может быть решена использованием в последней усилителей тока.
В качестве подложки использовался кремний p-типа с удельным сопротивлением 3 Ом см. Имплантацией Sb создавалась локальная область
n-типа с концентрацией легирующей примеси 5 1016 см-3, образующая с
подложкой p-n переход. Сверху подложки выращивался эпитаксиальный
слой n-типа толщиной 3 мкм. После создания контактных областей p- и nтипа к локальной области и подложке имплантацией бора в эпитаксиальную пленку формировался p-n переход глубиной 1 мкм..
Спектральная чувствительность интегрального фотоприемника в
фотогальваническом режиме представлена на рис.2
S,А/Вт
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0,4
0,6
0,8
l,мкм
1
1,1
Рис.2. Зависимость спектральной
чувствительности интегрального фотоприемника от длины волны света
Видно, что максимум спектральной чувствительности соответствует
0,76 мкм. Приемлемая спектральная чувствительность наблюдается во
всем диапазоне спектральной чувствительности кремниевых фотоприемников. Это позволяет использовать его в фоточувствительных ИС, предназначенных для работы в различных участках спектра. Рассматриваются
пути улучшения спектральной чувствительности разработанного фотоприемника.
1.
2.
3.
Блынский В.И., Лозицкий В.Г., Окунь П.И. Фотоприемник для
систем управления телеаппаратурой.Сб. докладов 15 научн.-техн.
конф «Датчик-2003», май, Судак. М.,МГИЭМ-С.95.
Борисов В.К. и др. Фотоприемное устройство на основе p-i-n фотодиодов для регистрации лазерного излучения//Прикладная физика.-2003.-№2.—С.94-97
Блынский В.И., Бобровницкий М.М. Фоточувствительные интегральные датчики автоматических дальномеров Сб. докладов 12
научн.-техн. конф «Датчик-2000», май, Судак. М.,МГИЭМ-С.144145