Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Кремниевая электронно-чувствительная pin-линейка, облучаемая с обратной стороны

https://doi.org/10.32603/1993-8985-2019-22-5-80-92

Полный текст:

Аннотация

Введение. В последние десятилетия в фотоэлектронике особое внимание уделяется разработке полупроводниковых матричных фотоприемных устройств, которые фактически стали эффективной альтернативой существующим аналоговым телевизионным приемным системам. Среди таких устройств линейные позиционно-чувствительные датчики применяются для регистрации быстрых изменений в окружающей обстановке и их последующей обработки (например, быстродействующие локаторы летательных аппаратов).

Цель работы. Создание линейки кремниевых pin-диодов для использования в составе гибридного детектора ИК-излучения с целью регистрации фотоэлектронов с временны́м разрешением лучше 10 нс. Моделирование основных электрофизических характеристик линейки.

Материалы и методы. В разрабатываемом приборе регистрация фотоэлектронов обеспечивается за счет наличия приповерхностного поля при использовании p ++–p-перехода, сформированного диффузией бора в кремний с удельным сопротивлением 3 кОм · см. Тянущее поле, в свою очередь, также формируется в области объемного заряда между p ++ - и n ++ -областями. Для создания n ++ -области проводилась диффузия фосфора. Численные расчеты распределения потенциала, концентрации свободных носителей заряда и токов проводились в программных пакетах одномерного (SimWin) и двумерного (TCAD Synopsys) моделирования.

Результаты. Проведен двумерный расчет распределения концентрации свободных носителей заряда и потенциала в исследуемой pin-структуре. Определены минимальные напряжения, обеспечивающие полное обеднение i-слоя, в том числе для случая продольной канавки различной глубины. Линейка тестировалась в составе гибридного фотоэлектронного прибора облучением световыми импульсами от ИК-светодиода. При напряжении на диодах линейки –270 В достигнута длительность фронта сигнала на всех каналах 5...9 нс.

Заключение. Для гибридного детектора ИК-излучения разработана линейка из 12 кремниевых pin-диодов, с размерами чувствительной области элемента 24 × 0.2 мм. По результатам исследований импульсной характеристики показано, что без операции утонения достигнута длительность фронта сигнала на всех каналах, удовлетворяющая требованиям к быстродействующему позиционно-чувствительному датчику ИК-излучения.

Об авторах

М. Р. Айнбунд
АО «ЦНИИ "Электрон"»
Россия

Айнбунд Михаил Рувимович – кандидат технических наук (1974), начальник отдела АО «ЦНИИ "Электрон"». Автор более 100 научных работ. Сфера научных интересов – фотоэлектроника, физика твердого тела, гибридные фотоприемные устройства, твердотельные матричные фотоприемные устройства.

пр. Тореза, д. 68, лит. Р, Санкт-Петербург, 194223, Россия



Д. Е. Миронов
АО «ЦНИИ "Электрон"»
Россия

mail: m.ainbund@mail.ru Миронов Денис Евгеньевич – инженер по специальности "Радиотехника" (1999), СанктПетербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича, ведущий научный сотрудник АО «ЦНИИ "Электрон"». Автор 11 научных работ. Сфера научных интересов – фотоэлектроника, радиотехника, гибридные фотоприемные устройства, твердотельные матричные фотоприемные устройства.

пр. Тореза, д. 68, лит. Р, Санкт-Петербург, 194223, Россия



А. В. Пашук
АО «ЦНИИ "Электрон"»
Россия

Пашук Андрей Владимирович – окончил Ленинградский государственный университет им. А. А. Жданова (1984), начальник лаборатории АО «ЦНИИ "Электрон"». Автор 28 научных работ. Сфера научных интересов – фотоэлектроника, гибридные фотоприемные устройства, инфракрасная техника, твердотельные матричные фотоприемные устройства.

пр. Тореза, д. 68, лит. Р, Санкт-Петербург, 194223, Россия



В. И. Зубков
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия

Зубков Василий Иванович – доктор физико-математических наук (2008), профессор (2018) кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 170 научных работ. Сфера научных интересов – физика твердого тела и физика полупроводников, наноэлектроника, моделирование и диагностика квантоворазмерных гетероструктур.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия 



А. В. Соломонов
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)
Россия

Соломонов Александр Васильевич – доктор физико-математических наук (2000), профессор (2002), декан факультета электроники, профессор кафедры микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина). Автор более 140 научных работ. Сфера научных интересов – микроэлектроника и оптика полупроводников, наноэлектроника, квантово-размерные гетероструктуры.

ул. Профессора Попова, д. 5, Санкт-Петербург, 197376, Россия 



В. В. Забродский
Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук
Россия

Забродский Владимир Викторович – инженер по специальности "Микроэлектроника" (2001), СанктПетербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина), научный сотрудник ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН. Автор 32 научных работ. Сфера научных интересов – фотоэлектроника, кремниевые фотодиоды, технология полупроводниковых приборов.

Политехническая ул., д. 26, Санкт-Петербург, 194021, Россия 



А. В. Николаев
Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе Российской академии наук
Россия

Николаев Андрей Валерьевич – кандидат химических наук (2013), научный сотрудник ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН. Автор 9 научных работ. Сфера научных интересов – фотоэлектроника, кремниевые фотодиоды, технология полупроводниковых приборов.

Политехническая ул., д. 26, Санкт-Петербург, 194021, Россия



Список литературы

1. Silicon infrared focal plane arrays / M. Kimata, H. Yagi, M. Ueno, J. Nakanishi, T. Ishikawa, Y. Nakaki, M. Kawai, K. Endo, Y. Kosasayama, Y. Ohota, T. Sugino, T. Sone / ed. by G. J. Brown, M. Razeghi // Photodetectors: Materials and Devices VI. Proc. of SPIE. 2001. Vol. 4288. P. 286–297. doi: 10.1117/12.429416

2. Пономаренко В. П. Квантовая фотосенсорика. М.: АО "НПО Орион", 2018. 648 с.

3. Rogalski A. Progress in focal plane array technologies (Review) // Progress in Quantum Electronics. 2012. Vol. 36, iss. 2–3. P. 342–473. doi: 10.1016/j.pquantelec.2012.07.001

4. Burke B., Jorden P., Vu P. CCD technology // Experimental Astronomy.2005. Vol. 19, iss. 1–3. P. 69–102. doi: 10.1007/s10686-005-9011-4

5. Гибридные высокочувствительные цифровые телевизионные приборы для УФ и ИК спектральных диапазонов/ М. Р. Айнбунд, А. В. Гарбуз, А. А. Дементьев, Е. Е. Левина, Д. Е. Миронов, А. В. Пашук, К. Я. Смирнов, О. В. Чернова // Успехи прикладной физики. 2018. Т. 6, № 6. С. 514–517.

6. Высокочувствительный гибридный фотоприемный модуль на основе фотокатодов с отрицательным электронным сродством и матриц ПЗС (КМОП) с электронной бомбардировкой тыльной стороны / Л. М. Балясный, А. Б. Балашов, Ю. Н. Гордиенко, Ю. К. Грузевич, Д. Е. Миронов, А. Э. Петров, С. С. Татаурщиков // Прикладная физика. 2018. № 4. С. 74–78.

7. Айнбунд М. Р., Миронов Д. Е., Зубков В. И. Гибридные фотоэлектронные приборы (Обзор) // Успехи прикладной физики. 2018. Т. 6, № 5. С. 401–407.

8. Бегучев В. П., Чапкевич А. Л., Филачев А. М. Электронно-оптические преобразователи. Состояние и тенденции развития // Прикладная физика. 1999. № 2. С. 132–140.

9. Физические основы полупроводниковой фотоэлектроники / А. В. Войцеховский, И. И. Ижнин, В. П. Савчин, Н. М. Вакив. Томск: Издательский дом ТГУ, 2013. 560 c.

10. Гибридный многоканальный фотоприемник для спектрального диапазона 1–1.6 мкм / М. Р. Айнбунд, Д. Л. Глебов, В. В. Забродский, Е. Е. Левина, Д. Е. Миронов, А. В. Николаев, А. В. Пашук, К. Я. Смирнов, В. М. Фролов // Прикладная физика. 2018. № 6. С. 54–59.

11. Hanoka J. I., Bell R. O. Electron-beam-induced currents in semiconductors // Ann. Rev. Mater. Sci. 1981. Vol. 11. P. 353–380. doi: 10.1146/annurev.ms.11.080181.002033

12. Беспалов В. И. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом. Томск: Изд-во ТПУ, 2007. 368 с.

13. Fundamental limits to detection of low-energy ions using silicon solid-state detectors / H. O. Funsten, S. M. Ritzau, R. W. Harper, R. Korde // App. Phys. Lett. 2004. Vol. 84, № 18. P. 3552–3554. doi: 10.1063/1.1719272

14. Характеризация полупроводниковых детекторов монокинетических и отраженных электронов с энергией 1–30 кэВ / А. В. Гостев, С. А. Дицман, В. В. Забродский, Н. В. Забродская, Ф. А. Лукьянов, Э. И. Рау, Р. А. Сеннов, В. Л. Суханов // Изв. РАН. Сер. Физическая. 2008. Т. 72, № 11. С. 1539–1544.

15. Sze S. M., Kwok K. Ng. Physics of Semiconductor Devices. New Jersey: John Wiley & Sons, 2006. 832 p. doi:10.1002/0470068329

16. Зубков В. И. Диагностика полупроводниковых наногетероструктур методами спектроскопии адмиттанса. СПб., М.: ООО "Техномедиа" / Элмор, 2007. 220 с.

17. Winston D. Physical simulation of optoelectronic semiconductor devices. Boulder: University of Colorado, 1996. 186 p.


Для цитирования:


Айнбунд М.Р., Миронов Д.Е., Пашук А.В., Зубков В.И., Соломонов А.В., Забродский В.В., Николаев А.В. Кремниевая электронно-чувствительная pin-линейка, облучаемая с обратной стороны. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2019;22(5):80-92. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2019-22-5-80-92

For citation:


Ainbund M.R., Mironov D.E., Pashuk A.V., Zubkov V.I., Solomonov A.V., Zabrodskii V.V., Nikolaev A.V. Back-Side Electron-Bombarded Silicon pin-Strip. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2019;22(5):80-92. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2019-22-5-80-92

Просмотров: 8


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)