Аналіз спектральної характеристики чутливості дифузійних p-i-n фотодіодів на основі високоомного р-Si

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorКукурудзяк, М.С.
dc.date.accessioned2023-07-12T05:40:49Z
dc.date.available2023-07-12T05:40:49Z
dc.date.issued2023
dc.description.abstractЗважаючи на потребу ринку в високочутливих кремнієвих p-i-n фотодіодах (ФД) для детектування випромінювання YAG-лазера (довжина хвилі 1,064 мкм), вирішено дослідити методи збільшення їх чутливості, зокрема зміщення максимуму спектральної характеристики чутливості фотоприймача в сторону більших довжин хвиль, а також проаналізувати вплив різних технологічних факторів на її вигляд. Встановлено, що при збільшенні напруги зворотного зміщення зміщується максимум спектральної характеристики в сторону більших довжин хвиль. Також побачено, що при збільшенні часу життя неосновних носіїв заряду та питмого опору кремнію при однаковій напрузі зміщення максимум спектральної характерстики зміщується в сторону більших довжин хвиль. Досягнуто значення максимуму спектральної характеристики 1,01-1,02 мкм. При використанні мезатехнології, яка мінімізує деградацію питомого опору матеріалу, подальше зміщення максимуму не відбувається. Також встановлено, що зміна глибини залягання дифузійних шарів ФД може негативно впливати на рівень шумів.uk
dc.description.abstractotherTaking into account the need of the market for highly responive silicon p-i-n photodiodes (PD) for detecting YAG-laser radiation (wavelength 1.064 μm), it was decided to investigate methods of increasing their responsivity, in par- ticular, shifting the maximum of the spectral responsivity characteristic of the photodetector towards longer wavelengths, as well as to analyze the influence of various technological factors in its appearance. Research was conducted on silicon four-element p-i-n photodiodes with guard ring, manufactured by diffusion-planar and mesa technology. Single crystal p-type silicon with [111] orientation, resistivity of 13-21 kΩ and life time of minor charge carriers of 1.2-2 ms was used. It was found that when the reverse bias voltage increases, the maximum of the spectral characteristic shifts to longer wavelengths. This is caused by the expansion of the space charge region (SCR) with an increase in the bias voltage and, accordingly, an increase in the collection coefficient of charge carriers. When studying the spectral characteristic of samples with different resistivity, it was noticed that when the resistivity increases, the maximum of the spectral characteristic can be reached at a lower bias voltage. Because with a higher resistivity, the area of the SCR expands over the entire thickness of the substrate at a lower voltage. When expanding the space charge region to the maximum value, the responsivity level of the PD also reaches saturation. Accordingly, it makes no sense to use a bias voltage of the photodiode higher than the one at which the width of the SCR reaches the reverse side of the crystal. It is also seen that when the lifetime of minor charge carriers and silicon resistivity increases at the same bias voltage, the maximum of the spectral characteristic shifts to longer wavelengths. The maximum value of the spectral characteristic of 1.01-1.02 μm was reached. It was not possible to achieve a further shift, since the shape of the spectral characteristic of the sensitivity of photodetectors is primarily determined by the dependence of the collection coefficient of charge carrier on the wavelength, the maximum of which under normal conditions is at a wavelength of 0.8-0.9 μm. It is possible to achieve the maximum collection coefficient of charge carriers by optimizing the concentration of impurity in the p+- and n+- regions of the crystal, which allows minimizing the absorption of radiation in these regions. When using mesa technology, which minimizes the degradation of the resistivity of the material, no further shift of the maximum occurs, but the absolute value of responsivity increases compared to planar technology. For a wavelength of 1064 μm, a value of pulse responsivity of 0.5-0.53 A/W and 0.46-0.48 A/W was achieved for mesa- and planar PD, respec- tively (with a specific resistance of 20-21 kΩ), which is about 60% of the maximum value. It was also seen that a change in the depth of the PD diffusion layers can negatively affect the noise level. It was found that at a depth of n+-p-junction of 4.25 μm, the level of responsivity, at wavelengths below the maximum of the spectral characteristic, is the lowest, accordingly, the influence of background radiation noise on the level of the useful signal at this depth of p-n-junction is minimal.uk
dc.format.pagerangePp. 275010.1- 275010.6uk
dc.identifier.citationКукурудзяк, М.С. Аналіз спектральної характеристики чутливості дифузійних p-i-n фотодіодів на основі високоомного р-Si / Кукурудзяк М.С. // Мікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал. – 2023. – Т. 28, № 1(123). – С. 275010.1-275010.6. – Бібліогр.: 14 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.275010
dc.identifier.issn2523-4455
dc.identifier.orcid0000-0002-0059-1387uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/57988
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofМікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал, Т. 28, № 1(123)uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectкремнійuk
dc.subjectфотодіодuk
dc.subjectчутливістьuk
dc.subjectспектральна характеристикаuk
dc.subjectпитомий опірuk
dc.subjectsiliconuk
dc.subjectphotodiodeuk
dc.subjectresponsivityuk
dc.subjectspectral characteristicuk
dc.subjectresistivityuk
dc.subject.udc621.383.52uk
dc.titleАналіз спектральної характеристики чутливості дифузійних p-i-n фотодіодів на основі високоомного р-Siuk
dc.title.alternativeAnalysis of the Spectral Characteristics of the Responsivity of Diffusion p-i-n Photodiode Based on High Resistivity p-Siuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
275010-639097-1-10-20230417.pdf
Розмір:
672.7 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Мікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал, Т. 28, № 1(123)