Conference PaperPDF Available

Стимулирование спектральной фоточувствительности тонкослойных кремниевых p n-структур

Abstract

Использование тонкослойных полупроводниковых материалов является одним из простых методов создания приборов, чувствительных к излучению ультрафиолетового диапазона. Такие приборы могут быть использованы в устройствах детектирования лазерного излучения, спектрофотометрии, в системах обнаружения пламени огня, медико- биологических исследованиях, а также в аппаратуре специального назначения. Во многих случаях требуется, чтобы детектор наряду с высокой чувствительностью в ультрафиолетовой (УФ) области спектра обладал пониженной чувствительностью в видимом и инфракрасном (ИК) диапазоне.
FOTONIKA MUAMMOLARI
VA RIVOJLANISH ISTIQBOLLARI
RESPUBLIKA ILMIY-AMALIY ANJUMANI MATERIALLARI
МАТЕРИАЛЫ РЕСПУБЛИКАНСКОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ
ПРОБЛЕМЫ ФОТОНИКИ
И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
URGANCH 2022
27-28 MAY
“Fotonika muammolari va rivojlanish istiqbollari”. Urganch 2022 yil 27-28 may
230
СТИМУЛИРОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНОЙ
ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТОНКОСЛОЙНЫХ КРЕМНИЕВЫХ р-
п-СТРУКТУР
Р.Алиев*, М.Абдувохидов, Ж.Гуломов
Андижанский государственный университет
* alievuz@yahoo.com
Использование тонкослойных полупроводниковых материалов
является одним из простых методов создания приборов, чувствительных к
излучению ультрафиолетового диапазона. Такие приборы могут быть
использованы в устройствах детектирования лазерного излучения,
спектрофотометрии, в системах обнаружения пламени огня, медико-
биологических исследованиях, а также в аппаратуре специального
назначения. Во многих случаях требуется, чтобы детектор наряду с высокой
чувствительностью в ультрафиолетовой (УФ) области спектра обладал
пониженной чувствительностью в видимом и инфракрасном (ИК) диапазоне.
Известна фотодиодная структура SiO2/Si-(п+-п-р-р+) [1], которая может быть
изготовлена методом диффузии акцепторных и донорных примесей или
эпитаксиальным выращиванием легированных слоев кремния. Такие
детекторы наиболее эффективны по сравнению с другими детекторами в
виде резисторов на широкозонных полупроводниках. Однако, такая
структура имеет фоточувствительность в УФ области и видимой области
спектра (0,2 – 1,0 мкм), причем в области 0,8 1,0 мкм имеют более высокую
фоточувствительность. Поэтому, наблюдается большие ошибки измерения
УФ излучения на фоне высокого уровня видимого и ИК излучения,
создающих шумовые сигналы.
Кремниевый фотодиод [2], в котором для достижения селективной
чувствительности на фоточувствительную поверхность наносится
отражающий тонкий слой (20 нм) из металла (Al или Ag). Причем в
конструкциях с Ag слоем (40 нм) достигается наиболее лучшие результаты. В
работе [3] рассмотрен детектор УФ-излучения, который содержит
высоколегированную и слаболегированную области базы, тонкую,
высоколегированную и слаболегированную области эмиттера, а также
просветляющую пленку из окиси кремния (SiO2) и металлические электроды.
Однако, данная структура имеет низкую фоточувствительность УФ
излучению и высокую чувствительность в видимом и ИК диапазоне
излучения.
Целью данной работы является повышение фоточувствительности
детектора УФ-излучению, упрощение конструкции и технологии его
изготовления, а также расширение функциональной возможности детектора.
Выбран способ использования пленочных структур кремния с наночастицами
металла в слаболегированной области эмиттера и реализация
фотогальванического режима работы фотодиода. Детектор
ультрафиолетового излучения, содержит высколегированную и
низколегированную области эмиттера, просветляющую пленку двуокиси
“Fotonika muammolari va rivojlanish istiqbollari”. Urganch 2022 yil 27-28 may
231
кремния на рабочей стороне, низколегированную область базы и
металлизацию.
В объеме низколегированной области эмиттера с толщиной dэ
dэ (8 12) Rm (1)
локализованы наночастицы металла радиусом Rm, распределенные по
горизонтальной плоскости с шагом расстояния между частицами x :
x ≈ (19 ’ 21) Rm . (2)
Причем, толщина низколегированной области эмиттера dб определяется
выражением: dб ≈ (34 45) Rm . (3)
Детектор УФ излучения, предложенный авторами имеет следующие
общие преимущества: - используется пленочная структура на
сильнолегированной подложке; - технология простая используется
диффузия только одной примеси; - низкая чувствительность детектора в
видимой и ИК области спектра, способствующая уменьшению шумового
сигнала; - реализуется квантово-размерный эффект эффект
наноплазмоники; - реализуется фотогальванический режим работы детектора
без питания электрической энергии от внешнего источника.
Результаты исследования получены в виде графиков зависимости
коэффициента поглощения излучения детектора ультрафиолетового
излучения с р-п-переходом в зависимости от спектра излучения и значений
радиуса наночастиц металлов, а также вида металлов наночастиц
локализованных в п-эмиттерной области структуры.
В качестве исходного материала использована кремниевая однослойная
эпитаксиальная структура р+-р с удельным сопротивлением, соответственно,
ρ = 0,001 Ом×см (для р+- типа подложки) и ρ = 10 Ом×см (для р-типа пленки
кремния). Толщина подложки р+-типа кремния составляла 300 мкм, а пленки
2 мкм. Выращенная по эпитаксиальной технологией пленка кремния
традиционно состоит из двух слоев:
- первый слой (переходный слой от подложки до пленки) с множеством
кристаллических нарушений и толщиной до 1,1 мкм;
- второй слой р-типа с совершенной кристаллической решеткой и
толщиной dб≤0,9 мкм. Второй слой может служит базой полупроводникового
прибора, в частности УФ-детектора.
Для формирования п- и п+-слоев эмиттера кремниевой структуры
использован метод быстрой термической диффузии атомов бора. Глубина р-
п-перехода, т. е. расстояние от фронтальной поверхности кремния до
границы раздела n-Si/p-Si‖, составляло ≈0,5 мкм.
Формирование наночастиц металлов осуществлено специальной
технологией, основанной на метод ионной имплантации атомов металла в
кремний через над поверхностной металлической сеточной маски и
последующей термо-обработкой в вакууме с давлением 10-6 мм рт. ст.,
аналогичной описанным в работах [4, 5].
“Fotonika muammolari va rivojlanish istiqbollari”. Urganch 2022 yil 27-28 may
232
Как результаты свидетельствуют, токовая чувствительность
предложенного детектора в области длин волн 350 нм превышает почти на
18 % чувствительность аналогов. При этом значения чувствительности в
видимой области спектра составляет на 50 % меньше, чем чувствительность
в УФ-области. Значит, достигается повышение точности измерения УФ-излу-
чения за счет низкого уровня шума, генерируемого видимым излучением.
Расчет коэффициента поглощения кремниевого детектора
ультрафиолетового излучения при помощи программы Sentaurus TCAD
позволял сопоставит выходных данных, полученных для различных видов
металлов (Au, Ag, Cu и Pt) и преимущественные результаты получены для
наночастиц из Pt.
Проведенные эксперименты свидетельствуют о том, предложенный
детектор УФ-излучения может работать автономно в фотогальваническом
режиме, т. е. без внешнего источника питания. Благодаря этому достигается
существенное расширение функциональных возможностей использования
предложенного детектора УФ-излучения.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Т.В.Бланк, Ю.А.Гольдберг Полупроводниковые фотоэлектропреоб-
разователи для ультрафиолетовой области спектра. Обзор. // Физика и
техника полупроводников, 2003, том 37, № 9. С. 1025-1055.
[2] В.В.Гаврушко, В.А.Ласткин Селективные датчики
ультрафиолетового излучения на основе кремния. // Вестник Новгородского
государственного университета, 2011, №65. С. 17-20.
[3] Г.А.Либерова, Ю.В.Лобиков, М.А.Мирошниченко и др. Детектор
ультрафиолетового излучения. Патент РФ № 88211, опубликован: 27.10.2009.
[4] D.Kh.Mirkarimov, T.D.Radjabov, A.I.Kamardin, Z.T.Khakimov
Fabrication of Metal‘s Nanoparticles in Silicon and Sapphire by Low Energy Ion
Implantation. // Published in: 2007 3rd IEEE/IFIP International Conference in
Central Asia on Internet. 26-28 Sept. 2007, (Tashkent, Uzbekistan).
[5] H.W.Seo, Q.Y.Chen, I.A.Rusakova, Z.H.Zhang, D.Wijesundera,
S.W.Yeh, X.M.Wang, L.W.Tu, N.J.Ho, Y.G.Wu, H.X.Zhang, W.K.Chu Formation
of silver nanoparticles in silicon by metal vapor vacuum arc ion implantation.
https://doi.org/10.1016/j.nimb.2012.09.021Get rights and content. ELSEVIER
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam
Interactions with Materials and Atoms. V.292, 1 Dec. 2012, P. 50-54. //
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168583X12006076
 YUPQA PARDASI OʻTAOʻTKAZUVCHANLIGINI
KUPRATLARNING ZANJIR MODELIDA OʻRGANISH
A.S. Jalekeshov, D.Gʻ. Xajibayev, J.A. Berdibaev, B.Ya. Yavidov
Ajiniyoz nomidagi Nukus davlat pedagogika instituti, Nukus Oʻzbekiston
e-mail: a.jalekeshov@ndpi.uz
“Fotonika muammolari va rivojlanish istiqbollari”. Urganch 2022 yil 27-28 may
472
Inog‘omov S.Yo , Dusiyorov N.Z, Asrorov U.A., Muxamedov G.I.
Calculation of correlation functions for a model of limited
rotational motion of molecules in condensed matter.
Sh.U. Umidullaev, S.O‘. Rashidova, U. K. Mayinova
207
Natriy-karboksimetilsellyuloza va karbapol asosida suvda
erimaydigan interpolymer komplex olish va ularni o‟rganish.
S.Yo. Inog‘omov, N.F. Ahmadov, N. Nurova, G.I. Muhamedov
209
Исследование силикатных стекол полученных
низкотемпературным ионым обменном
И.Нуритдинов, А.А.Эшбеков, Б.Н.Туйманов, С. Зоиров,
Ш.Шарипов
211
Методические указания по изучению динамики
наноструктурных явлений в жидкостях методом
динамического рассеяния света.
Л.М.Сабиров, Л.Л.Чайков, Ш.Э.Каршибоев, Ш. А Кадиров,
М.Э.Вапаев., Н.Уринбоев
215
Quyosh elementlari va modullarni ketma-ket va parallel ulash
M.A. Alinazarova, H.A. Mamadjonova
219
Исследование влияние термической обработки на
электрофизические свойства монокристаллов n-Si<Ni>.
Сайдимов Я.А., Тураев А.Р., Сапаров Ф.А., Умаров Ф.Б*.,
Маннанов М. И.
222
Фотоэлектрические, электрофизические и морфологические
исследования твердого раствора (Ge2)1-x-y(GaAs)x(ZnSe)y
А.С.Саидов, А.Ш.Раззоков, Ш.Ш.Матвапаева
223
Спектрально-люминесцентные характеристики молекулярных
форм органических красителей
Н. Низомов, И. Хаиров, А. Абдуллаев, И. Шарипов,
Н. Тогаева, К. Исломкулов
225
Theoretical distribution of the element concentration of gallium
and antimony in diffusion-dopod silicon
B B. O. Isakov, X. M. Iliev, B. R. Rakhmonov, S. B. Isamov
227
Стимулирование спектральной фоточувствительности
тонкослойных кремниевых р-п-структур
Р.Алиев*, М.Абдувохидов, Ж.Гуломов
230
 yupqa pardasi oʻtaoʻtkazuvchanligini
kupratlarning zanjir modelida oʻrganish
A.S. Jalekeshov, D.Gʻ. Xajibayev, J.A. Berdibaev, B.Ya. Yavidov
232
LSAO va STO tagliklarda oʻstirilgan LSCO yupqa pardalar
235
ResearchGate has not been able to resolve any citations for this publication.
ResearchGate has not been able to resolve any references for this publication.