Характеристики pin-структуры с дискретно металлизированной поверхностью i-области

Введение. В настоящее время интерес к совершенствованию pin-структур продолжает оставаться в центре внимания разработчиков электронных устройств. К устройствам, в которых используются такие структуры, можно отнести энергонезависимую память, устройство защиты от статического напряжения, pin-диоды с регулируемыми характеристиками и др. Однако вопросу управления характеристиками pin-структур посредством использования дискретной металлизации на поверхности i-области уделено недостаточное внимание.

Цель работы. Исследование влияния дискретной металлизации поверхности i-области на статические и динамические характеристики pin-структуры, компенсацию дефектов, управление эффективностью pinфотодетектора.

Материалы и методы. Исследуемая pin-структура состоит из p+-области, легированной бором; n+- области, легированной фосфором; i-области, легированной фосфором; полуизолирующей подложки; металлизации подложки; управляющего затвора из поликремния; слоя диэлектрика из оксида кремния. Двумерный численный анализ распределения потенциала, концентрации свободных носителей заряда и токов выполнялся в среде Synopsys Sentaurus TCAD.

Результаты. Выполнен двумерный анализ дискретно металлизированных pin-структур. Определены напряжения, подаваемые на затворы i-области, компенсирующие влияние дефектов, образованных электронным облучением. Проведено моделирование четырех структур pin-фотодетектора, в которых управляющие затворы выполнены в виде структуры металл–диэлектрик–полупроводник. Показана возможность увеличения чувствительности pin-фотодетектора подачей соответствующих потенциалов на затворы.

Заключение. Исследовано влияние дискретной металлизации i-области pin-структуры. Предложен метод коррекции характеристик облученного pin-диода до исходных характеристик. Тем самым появляется возможность использовать такие диоды в электронике с высокими требованиями к работе в зонах с повышенной радиацией. Предложена конструкция фотодетектора повышенной чувствительности с управляющими затворами на поверхности i-области и с разделением структуры низколегированной i-области на две области р- и n-типов проводимости.

1. US Pat. 2006/0091490 A1. Int. Cl. Y01L 31/105 (2006.01). Self-aligned Gated p-i-n diode for Ultra-east Switching / Hung-Wei Chen, Wen-Chin Lee, Chih-Hsin Ko, Min-Hwa Chi, Chung-Hu Ke // Pub. Date: May 4, 2006.

2. URL: https://patentimages.storage.googleapis.com/6d/ 6e/7c/8d3850eacfdc42/CN110504325A.pdf (дата обращения 25.02.2020).

3. US Pat. 8,466,505 B2. Int.Cl. H01L 29/788 (2006.01). Multi-level flash memory cell capable of fast programming / Li-Shyue Lai, Hung-Wei Chen, WenChin Lee, Min-Hwa Chi. Pub. Date: Jun. 18, 2013.

4. US Pat. US 2019/0013316 A1. Int. Cl. H01L 27/102, H01L 29/51, H01L 29/739, H01L 23/538, H01L 27/11568, G11C 16/10, H01L 29/66, H01L 29/423, H01L 21/02, H01L 21/28, H01L 27/07 (2006.01). Gated Diode Memory Cells / Arup Bhattacharyya // Pub. Date: Jan. 10, 2019.

5. US Pat. 10,276,576 B2. Int.Cl. H01L 27/102; G11C 16/10; H01L 29/51; H01L 27/07; H01L 21/28); H01L 21/02; H01L 29/423; H01L 29/66; H01L; H01L 23/538; H01L 29/739 (2006.01.01); 27/11568 (2017.01.01) / Gated Diode Memory Cells / Arup Bhattacharyya. Pub. Date: Apr. 30, 2019.

6. US Pat. 10,340,370 B2. Int.Cl. H01L 29/739; H01L 29/08; H01L 27/02; H01L 29/66; H01L 29/78; H01L 29/49 (2006.01.01). Asymmetric Gated Fin Field Effect Transistor (FET) (finFET) diodes / Hao Wang, Haining Yang, Xiaonan Chen. Pub. Date: July 2, 2019.

7. Deep Level Analysis of Radiation-induced Defects in Si Crystals and Solar Cells / M. Yamaguchi, A. Khan, S. J. Taylor, K. Ando, T. Yamaguchi, S. Matsuda, T. Aburaya // J. of Applied Physics. 1999. Vol. 86, № 1. P. 217–223.

8. Влияние облучения электронами с энергией 0.9 МэВ на вольт-амперные характеристики и низкочастотные шумы 4H-SiC pin-диодов / В. А. Добров, В. В. Козловский, А. В. Мещеряков, В. Г. Усыченко, А. С. Чернова, Е. И. Шабунина, Н. М. Шмидт // Физика и техника полупроводников. 2019. Т. 53, вып. 4. С. 555–561.

9. Krishnan S., Sanjeev G., Pattabi M. Electron Irradiation Effects on the Schottky Diode Characteristics of p-Si // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2008. Vol. 266, № 4. P. 621–624. doi: 10.1016/j.nimb.2007.11.049

10. Козлов В. А., Козловский В. В. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и α-частицами // Физика и техника полупроводников. 2001. Т. 35, вып. 7. С. 769–795.

11. Солдатенков Ф. Ю., Козлов В. А., Кудояров М. Ф. Применение протонного облучения для точной коррекции динамических характеристик сверхбыстродействующих высокочастотных силовых GaAs-A3B5 p-i-n диодов // Сб. стат. IV Всеросс. научн.-технич. конф. "Электроника и микроэлектроника СВЧ". СанктПетербург, 1–4 июня 2015 г. В 2 т. Т. 2. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2015. С. 74–78.

12. Axial Lifetime Control in Silicon Power Diodes by Irradiation with Protons, Alphas, Low- and High-energy Electrons / P. Hazdra, J. Vobecky, H. Dorschner, K. Brand // Microelectronics J. 2004. Vol. 35, № 3 P. 249–257. doi: 10.1016/S0026-2692(03)00194-0

13. Synergistic effects of NPN transistors caused by combined proton irradiations with different energies / X. Li, J. Yang, C. Liu, G. Bai, W. Luo, P. Lia // Microelectronics Reliability. 2018. Vol. 82. P. 130–135. doi: 10.1016/j.microrel.2018.01.010

14. Responsivity Improvement for Short Wavelenghts Using Full-Gated PIN Lateral SiGe Diode / C. Novo, R. Bühler, R. Zapata, R. Giacomini // 31st Symposium on Microelectronics Technology and Devices (SBMicro). Belo Horizonte, Brazil, 29 Aug.–3 Sept. 2016. Piscataway: IEEE, 2016. doi: 10.1109/SBMicro.2016.7731366

15. Study of Device Physics in Impact Ionisation MOSFET using Synopsys TCAD tools / A. S. Shruthi, A. M. Archna, M. Ponni, P. Vaya // Intern. Conf. on Advances in Electronics, Computers and Communications (ICAECC). Bangalore, India, 10–11 Oct. 2014. Piscataway: IEEE, 2014. doi: 10.1109/ICAECC.2014.7002450

16. Калинина Е. В. Влияние облучения на свойства SiC и приборы на его основе // Физика и техника полупроводников. 2007. Т. 41, № 7. С. 769–805.

17. Sze S. M., Kwok K. Ng. Physics of Semiconductor Devices. New Jersey: John Wiley & Sons, 2006. 832 p.

18. Программирование двухбитного pin-диода в среде Synopsys Sentaurus TCAD / А. А. Даниленко, А. В. Стрыгин, Н. И. Михайлов, В. В. Перепеловский, Я. Н. Паничев, В. В. Марочкин, В. Л. Иванов // Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2018. Т. 21, № 5 С. 51–59. doi: 10.32603/1993- 8985-2018-21-5-51-59