Research on the Dynamic Range of Silicon Photodiodes for Optical Pyrometry Applications

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorVerbitskyi, D. O.
dc.contributor.authorVoronko, A. O.
dc.date.accessioned2024-03-15T09:56:24Z
dc.date.available2024-03-15T09:56:24Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractOptical pyrometry is one of the main non-contact methods for precise temperature measurement of semiconductor wafers for vapour-phase epitaxy from metal-organic compounds (MOCVD). The requirements for the photocell of the pyrometer are due to the peculiarity of the process. In the pyrometer, the silicon photodiode operates in a mode that is characterized by a small bias voltage value, high sensitivity to weak light radiation, and low noise level. The main temperatures used in vapour-phase epitaxy technology depend on the semiconductor material being grown and the process parameters. Typically, process temperatures range from 500 to 1200 °C. A study of the dynamic range of a silicon photodiode for use in optical pyrometry was conducted. It was established that the minimum value of the dark current and the maximum value of the spectral sensitivity are key to obtaining the desired characteristics, namely, sensitivity to thermal radiation at a temperature of 450 °C. The peculiarities of the manufacturing technology of the planar-diffusion structure of the photodiode to achieve the necessary characteristics that ensure the production of photodiode structures with improved parameters are also considered.
dc.description.abstractotherОптична 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 ηλ, 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.
dc.format.pagerangeС. 284933.1-284933.7
dc.identifier.citationVerbitsky, D. O. Research on the Dynamic Range of Silicon Photodiodes for Optical Pyrometry Applications / D. O. Verbitsky, A. O. Voronko // Мікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал. – 2023. – Т. 28, № 3(125). – С. 284933.1-284933.7. – Бібліогр.: 16 назв.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.284933
dc.identifier.orcid0000-0002-1295-9601
dc.identifier.orcid0000-0003-2899-963X
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/65550
dc.language.isoen
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.relation.ispartofМікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал, 2023, Т. 28, № 3(125)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectsilicon photodiode
dc.subjectoptical pyrometry
dc.subjectvapour-phase epitaxy
dc.subjectdynamic range
dc.subjectdark current
dc.subjectspectral current sensitivity
dc.subjectкремнієвий фотодіод
dc.subjectоптична пірометрія
dc.subjectгазофазна епітаксія
dc.subjectдинамічний діапазон
dc.subjectтемновий струм
dc.subjectспектральна струмова чутливість
dc.subject.udc681.7.069
dc.titleResearch on the Dynamic Range of Silicon Photodiodes for Optical Pyrometry Applications
dc.title.alternativeДослідження динамічного діапазону кремнієвих фотодіодів для застосування в оптичній пірометрії
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
284933.1-284933.7.pdf
Розмір:
1.04 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Мікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал, Т. 28, № 3(125)