Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра
Разработан алгоритм для компьютерного моделирования и анализа параметров, определяющих чувствительность фотодиодов с поверхностно-барьерной структурой на основе n⁺—n-GaP—SnO₂(F). Показано, что токовая монохроматическая чувствительность к излучению с длиной волны 250 нм у такой структуры может достиг...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51709 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра / Ю.Г. Добровольский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2012. — № 5. — С. 31-34. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-51709 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-517092025-02-23T18:08:52Z Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра Фотодіоди на основі GaP з підвищеною чутливістю у короткохвильовій областіУФ-спектра Photodiode based on GaP sensitized to short-wave region of UV spectrum Добровольский, Ю.Г. Функциональная микро- и наноэлектроника Разработан алгоритм для компьютерного моделирования и анализа параметров, определяющих чувствительность фотодиодов с поверхностно-барьерной структурой на основе n⁺—n-GaP—SnO₂(F). Показано, что токовая монохроматическая чувствительность к излучению с длиной волны 250 нм у такой структуры может достигать 0,1—0,12 А/Вт. Розроблено алгоритм для комп'ютерного моделю-вання та аналізу параметрів, що визначають чут-ливість фотодіодів з поверхнево-бар'єрною струк-турою на основі n⁺—n-GaP—SnO₂(F). Показано, що струмова монохроматична чутливість до випромінювання з довжиною хвилі 250 нм у такій струк-турі може досягати 0,1—0,12 А/Вт. An algorithm for the simulation and analysis of the parameters that determine the sensitivity of the photodiode surface-barrier structures based on n⁺—n-GaP—SnO₂(F) has been developed. It has been shown that the monochromatic current sensitivity to radiation at wavelength of 250 nm in such a structure can reach 0,1—0,12 A/W. 2012 Article Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра / Ю.Г. Добровольский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2012. — № 5. — С. 31-34. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51709 535.23:628.98:004.9:535-31:535.247 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Функциональная микро- и наноэлектроника Функциональная микро- и наноэлектроника |
| spellingShingle |
Функциональная микро- и наноэлектроника Функциональная микро- и наноэлектроника Добровольский, Ю.Г. Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Разработан алгоритм для компьютерного моделирования и анализа параметров, определяющих чувствительность фотодиодов с поверхностно-барьерной структурой на основе n⁺—n-GaP—SnO₂(F). Показано, что токовая монохроматическая чувствительность к излучению с длиной волны 250 нм у такой структуры может достигать 0,1—0,12 А/Вт. |
| format |
Article |
| author |
Добровольский, Ю.Г. |
| author_facet |
Добровольский, Ю.Г. |
| author_sort |
Добровольский, Ю.Г. |
| title |
Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра |
| title_short |
Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра |
| title_full |
Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра |
| title_fullStr |
Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра |
| title_full_unstemmed |
Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра |
| title_sort |
фотодиод на основе gap с повышенной чувствительностью в коротковолновой области уф-спектра |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Функциональная микро- и наноэлектроника |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/51709 |
| citation_txt |
Фотодиод на основе GaP с повышенной чувствительностью в коротковолновой области УФ-спектра / Ю.Г. Добровольский // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2012. — № 5. — С. 31-34. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT dobrovolʹskijûg fotodiodnaosnovegapspovyšennojčuvstvitelʹnostʹûvkorotkovolnovojoblastiufspektra AT dobrovolʹskijûg fotodíodinaosnovígapzpídviŝenoûčutlivístûukorotkohvilʹovíjoblastíufspektra AT dobrovolʹskijûg photodiodebasedongapsensitizedtoshortwaveregionofuvspectrum |
| first_indexed |
2025-11-24T07:39:38Z |
| last_indexed |
2025-11-24T07:39:38Z |
| _version_ |
1849656584016232448 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 5 31
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ÓÄÊ 535.23:628.98:004.9:535-31:535.247
Ê. ò. í. Þ. Ã. ÄÎÁÐÎÂÎËÜÑÊÈÉ
Óêðàèíà, ã. ×åðíîâöû, ÍÏÔ «Òåíçîð»
E-mail: yuriydrg@ukr.net
ÔÎÒÎÄÈÎÄ ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ GaP Ñ ÏÎÂÛØÅÍÍÎÉ
×ÓÂÑÒÂÈÒÅËÜÍÎÑÒÜÞ Â ÊÎÐÎÒÊÎÂÎËÍÎÂÎÉ
ÎÁËÀÑÒÈ ÓÔ-ÑÏÅÊÒÐÀ
Ôîñôèä ãàëëèÿ (GaP) — ýôôåêòèâíûé ìà-
òåðèàë äëÿ ñîçäàíèÿ ôîòîäèîäîâ ñ áàðüåðîì Øîò-
òêè, ÷óâñòâèòåëüíûõ â óëüòðàôèîëåòîâîé (ÓÔ)
îáëàñòè ñïåêòðà, êîòîðàÿ ñåãîäíÿ àêòèâíî îñâà-
èâàåòñÿ îïòîýëåêòðîíèêîé. Ýòîò ìàòåðèàë ïðàê-
òè÷åñêè ïðîçðà÷åí äëÿ îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ ñ
äëèíîé âîëíû áîëåå 0,5 ìêì. Ïîýòîìó ôîòîäèî-
äû (ÔÄ) íà îñíîâå ôîñôèäà ãàëëèÿ íå òðåáóþò
ïðèìåíåíèÿ ñëîæíûõ ñâåòîôèëüòðîâ äëÿ «îòðå-
çàíèÿ» âèäèìîãî è èíôðàêðàñíîãî èçëó÷åíèÿ.
Ïî ñðàâíåíèþ ñ áîëåå ýôôåêòèâíûì ñ òî÷êè çðå-
íèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè ìàòåðèàëîì — íèòðèäîì
ãàëëèÿ, ôîñôèä ãàëëèÿ èìååò ñóùåñòâåííî ìåíü-
øóþ ñòîèìîñòü, ÷òî ïîçâîëÿåò åìó îñòàâàòüñÿ àê-
òóàëüíûì íà ðûíêå ÔÄ, ÷óâñòâèòåëüíûõ â óëü-
òðàôèîëåòîâîé îáëàñòè ñïåêòðà. Òàêèå ôîòîäè-
îäû èñïîëüçóþòñÿ, â ÷àñòíîñòè, ïðè ñîçäàíèè
ðàäèîìåòðîâ ÓÔ-èçëó÷åíèÿ. Îñîáåííîñòüþ ðà-
áîòû ÔÄ â ýòîì ñëó÷àå ÿâëÿåòñÿ ôîòîãàëüâàíè÷å-
ñêèé ðåæèì. ÔÄ äîëæåí èìåòü øèðîêèé äèàïà-
çîí ñïåêòðàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè (200—380 íì),
âûñîêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê ïîòîêàì ÓÔ-èçëó-
÷åíèÿ ñ ìîùíîñòüþ äî 10–4 Âò/ì2 è äèíàìè÷å-
ñêèì äèàïàçîíîì íå ìåíåå 7—8 ïîðÿäêîâ. Äëÿ
ýòîé öåëè íàèáîëåå ýôôåêòèâíû ôîòîäèîäû íà
îñíîâå ýïèòàêñèàëüíûõ n+—n-ñòðóêòóð ñ êîí-
öåíòðàöèåé íîñèòåëåé â ýïèòàêñèàëüíîì ñëîå
îêîëî 1016 ñì–3 [1].  êà÷åñòâå àêòèâíîãî ýëåê-
òðîäà â íèõ èñïîëüçóåòñÿ ïëåíêà ìåòàëëà (÷àùå
âñåãî — ïîëóïðîçðà÷íûé ñëîé çîëîòà) [2, 3]
èëè òîíêèå ïðîâîäÿùèå ñëîè ITO (ñìåñü SnO2 è
In2O3), à òàêæå FTO (ñëîé SnO2, ëåãèðîâàí-
íûé ôòîðîì) [4], êîòîðûå ìîæíî ïîëó÷àòü ìå-
òîäîì ïóëüâåðèçàöèè [5, 6]. Ïðè ýòîì îáåñïå÷èâà-
åòñÿ âûñîêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü — äî 0,2 À/Âò —
ê èçëó÷åíèþ ñ äëèíîé âîëíû 450 íì (â ìàêñè-
ìóìå ñïåêòðàëüíîé õàðàêòåðèñòèêè ÷óâñòâèòåëü-
íîñòè). Ê íåäîñòàòêàì òàêîé êîíñòðóêöèè îòíî-
Ðàçðàáîòàí àëãîðèòì äëÿ êîìïüþòåðíîãî ìîäåëèðîâàíèÿ è àíàëèçà ïàðàìåòðîâ, îïðåäåëÿþ-
ùèõ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ôîòîäèîäîâ ñ ïîâåðõíîñòíî-áàðüåðíîé ñòðóêòóðîé íà îñíîâå n+—n-
GaP—SnO2(F). Ïîêàçàíî, ÷òî òîêîâàÿ ìîíîõðîìàòè÷åñêàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê èçëó÷åíèþ
ñ äëèíîé âîëíû 250 íì ó òàêîé ñòðóêòóðû ìîæåò äîñòèãàòü 0,1—0,12 À/Âò.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ôîòîäèîä, ôîñôèä ãàëëèÿ, êîìïüþòåðíîå ìîäåëèðîâàíèå, ÷óâñòâèòåëüíîñòü.
ñèòñÿ âûñîêàÿ íåðàâíîìåðíîñòü ÷óâñòâèòåëüíî-
ñòè ïî ïîâåðõíîñòè ôîòî÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà
(áîëåå 10%) äàæå â ñëó÷àå íàíåñåíèÿ ïëåíêè
îêñèäîâ ìåòàëëîâ ìàãíåòðîííûì ðàñïûëåíèåì.
Ïðè÷èíà òàêîãî ÿâëåíèÿ ñîñòîèò â òîì, ÷òî ïëåíêà
íà÷èíàåò ðàñòè îñòðîâêàìè, è ïðè òîëùèíå ïëåí-
êè ìåíåå 30 íì íå óäàåòñÿ ïîëó÷àòü ñëîé ðàâíî-
ìåðíîé òîëùèíû [7, 8]. Ïî ýòîé æå ïðè÷èíå äî
30% èçãîòîâëåííûõ ôîòîäèîäîâ â êàæäîì öèêëå
áðàêóþòñÿ ïî íàäåæíîñòè. Ïðè ýòîì ÷óâñòâèòåëü-
íîñòü ôîòîäèîäîâ íà äëèíå âîëíû îêîëî 250 íì
ñîñòàâëÿåò íå áîëåå 0,05 À/Âò.
Öåëüþ äàííîé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ îïòèìèçàöèÿ
êîíñòðóêöèè ôîòîäèîäîâ íà îñíîâå n+—n-GaP—
SnO2(F) äëÿ óâåëè÷åíèÿ òîêîâîé ìîíîõðîìàòè-
÷åñêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè ê èçëó÷åíèþ ñ äëèíîé
âîëíû 250 íì.
Ïðåäâàðèòåëüíàÿ îöåíêà êîíñòðóêöèè è
òåõíîëîãèè íîâîãî ôîòîäèîäà ïðîâîäè-
ëàñü ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììíîãî ïðîäóêòà [9],
ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ïîèñêà ïóòåé ïîâûøåíèÿ
÷óâñòâèòåëüíîñòè ÔÄ, ðàáîòàþùèõ â ôîòîäè-
îäíîì ðåæèìå. Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàñ÷åòîâ
ñ ðåçóëüòàòàìè èçìåðåíèé òîêîâîé ìîíîõðîìàòè-
÷åñêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè íà äëèíå âîëíû 450 íì
ïîêàçàëî, ÷òî, íåñìîòðÿ íà ýôôåêòèâíîñòü ïðåä-
ëàãàåìîãî â [9] ìåòîäà îïòèìèçàöèè, îí íå â
ïîëíîé ìåðå ïîäõîäèò äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà ôîòî-
äèîä ðàáîòàåò â ôîòîãàëüâàíè÷åñêîì ðåæèìå.
È õîòÿ íåñëîæíûìè äîðàáîòêàìè åãî ìîæíî
àäàïòèðîâàòü ê äàííîìó ðåæèìó, îí âñå æå íå
ïðåäóñìàòðèâàåò ñëó÷àÿ, êîãäà ÔÄ ñôîðìèðî-
âàí íà îñíîâå ýïèòàêñèàëüíîé ñòðóêòóðû. Êðî-
ìå òîãî, â àëãîðèòìå íå ïðåäóñìîòðåí è ðàñ÷åò
âëèÿíèÿ îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòè ÔÄ
íà åãî ÷óâñòâèòåëüíîñòü. Ïîâåðõíîñòü ôîòîäè-
îäà ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ïîñëåäîâàòåëü-
íîå ñîåäèíåíèå ìèíèìóì òðåõ ñðåä: âîçäóõà,
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 532
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ è ïîâåðõíîñòè ïî-
ëóïðîâîäíèêà.
 íàøåì ñëó÷àå â ðàáî÷åì äèàïàçîíå äëèí âîëí
(200—500 íì) ïðàêòè÷åñêè ïîëíîå ïîãëîùåíèå
(äî 86%) îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ, ïîïàâøåãî â ñëîé
ïîëóïðîâîäíèêà, ïðîèñõîäèò â ñëîå òîëùèíîé äî
1,5 ìêì [9]. Èìåííî ïîýòîìó íàèáîëåå ýôôåê-
òèâíîé ÿâëÿåòñÿ êîíñòðóêöèÿ ÔÄ íà îñíîâå ýïè-
òàêñèàëüíîé ñòðóêòóðû n+—n-òèïà, â êîòîðîé
ðàáî÷èì ñëîåì, ïîãëîùàþùèì îïòè÷åñêîå èçëó-
÷åíèå, ÿâëÿåòñÿ âûñîêîîìíûé ñëîé n-òèïà, ðàñ-
ïîëîæåííûé íà íèçêîîìíîé ïîäëîæêå.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíîãî â
ýòîì ñëó÷àå çíà÷åíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè âîñïîëü-
çóåìñÿ ïîäõîäîì, èçëîæåííûì â [10], ãäå ïðåä-
ëîæåíî äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîé ÷óâñòâè-
òåëüíîñòè ôîòîäèîäíîé ñòðóêòóðû îáåñïå÷èòü âû-
ïîëíåíèå ñèñòåìû íåðàâåíñòâ, â ñîñòàâ êîòîðûõ
âõîäÿò îñíîâíûå ïàðàìåòðû êîíñòðóêöèè ÔÄ è
ôèçè÷åñêèå ïàðàìåòðû ìàòåðèàëà.
Îñíîâíîé âêëàä â ôîòîñèãíàë â òàêîé ñòðóê-
òóðå âíîñÿò íåîñíîâíûå íîñèòåëè çàðÿäà, ïîòî-
ìó îïðåäåëÿþùåé âåëè÷èíîé áóäåò äèôôóçèîí-
íàÿ äëèíà äûðîê Lp. Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî øè-
ðèíó îáëàñòè ñáîðà ôîòîãåíåðèðîâàíûõ íîñèòå-
ëåé çàðÿäà îïðåäåëÿåò íå òîëüêî Lp, íî è øèðè-
íà îáëàñòè îáúåìíîãî çàðÿäà â ýïèòàêñèàëüíîì
ñëîå õ0, ñîçäàííîãî áàðüåðîì ìåæäó ïîëóïðî-
âîäíèêîì è ñëîåì ïðîâîäÿùåãî îêñèäà ìåòàëëà.
Êîíöåíòðàöèÿ ïðèìåñè â ýïèòàêñèàëüíîì ñëîå
òîëùèíîé hýñ ýêñïîíåíöèàëüíî óìåíüøàåòñÿ îò
ãðàíèöû ðàçäåëà «ïîäëîæêà — ýïèòàêñèàëüíûé
ñëîé» â ðåçóëüòàòå ïðîöåññîâ àâòîëåãèðîâàíèÿ
[11]. Ïîòîìó ðàñïðåäåëåíèå íàïðÿæåííîñòè ýëåê-
òðè÷åñêîãî ïîëÿ â ñëîå îáóñëîâëåíî ïðîôèëåì
ðàñïðåäåëåíèÿ êîíöåíòðàöèè ïðèìåñåé [12]. Ãëó-
áèíó ðàñïðîñòðàíåíèÿ ýòîãî ïîëÿ (h) òàêæå íå-
îáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè ðàñ÷åòå hýñ. Òàêèì îá-
ðàçîì, òîëùèíó ýïèòàêñèàëüíîãî ñëîÿ ìîæíî
îïðåäåëèòü èç óñëîâèÿ
x0 < hýñ ≤ Lp+õ0+h. (1)
Î÷åâèäíî, ÷òî íèçêîîìíàÿ ïîäëîæêà ýïèòàê-
ñèàëüíîé ñòðóêòóðû íå äîëæíà âëèÿòü íà ÷óâ-
ñòâèòåëüíîñòü ïðèáîðà. Âûïîëíåíèå ýòîãî òðå-
áîâàíèÿ îáåñïå÷èâàåòñÿ íåðàâåíñòâîì
Lp < hýñ–õ0. (2)
Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ñáîðà íîñèòåëåé çàðÿäà, ãå-
íåðèðóåìûõ êîðîòêîâîëíîâûì îïòè÷åñêèì èçëó-
÷åíèåì, íåîáõîäèìî, ÷òîáû øèðèíà îáëàñòè îáúåì-
íîãî çàðÿäà õ0 â âûñîêîîìíîì ñëîå áûëà áîëüøå
ãëóáèíû ïîãëîùåíèÿ òàêîãî èçëó÷åíèÿ, êîòîðàÿ
â ñâîþ î÷åðåäü îïðåäåëÿåòñÿ êîýôôèöèåíòîì ïî-
ãëîùåíèÿ ýòîãî èçëó÷åíèÿ αλ è êîòîðàÿ ìåíüøå
äèôôóçèîííîé äëèíû íåîñíîâíûõ íîñèòåëåé çà-
ðÿäà (â íàøåì ñëó÷àå — äûðîê). Ýòè òðåáîâà-
íèÿ îáåñïå÷èâàþòñÿ âûïîëíåíèåì óñëîâèÿ
αλ < õ0 ≤ Lð. (3)
Óñëîâèå (1) îïðåäåëÿåò îáëàñòü ñáîðà íîñè-
òåëåé, êîòîðûå ãåíåðèðóþòñÿ â ôîòîäèîäå äëèí-
íîâîëíîâîé ñîñòàâëÿþùåé èçëó÷åíèÿ, âûïîëíå-
íèå (2) îáåñïå÷èâàåò èçîëÿöèþ âûñîêîîìíîãî
ýïèòàêñèàëüíîãî ñëîÿ îò âëèÿíèÿ íîñèòåëåé çà-
ðÿäà, ãåíåðèðóåìûõ â íèçêîîìíîé ïîäëîæêå ýïè-
òàêñèàëüíîé ñòðóêòóðû, óñëîâèå (3) ïîçâîëÿåò
ó÷èòûâàòü âêëàä êîðîòêîâîëíîâîé ñîñòàâëÿþùåé
ñïåêòðà ïàäàþùåãî èçëó÷åíèÿ.
Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ìàêñèìàëüíîé ÷óâñòâèòåëü-
íîñòè ÔÄ, êðîìå âûøåïåðå÷èñëåííûõ ïðîöåäóð,
íåîáõîäèìî ó÷åñòü ÿâëåíèå îòðàæåíèÿ ïîòîêà
îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ îò ïîâåðõíîñòè îïòè÷å-
ñêè ïðîçðà÷íîãî ïðîâîäÿùåãî ýëåêòðîäà èç îê-
ñèäà ìåòàëëà è îò ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà ïëåíêè
îêñèäà ìåòàëëà è ïîëóïðîâîäíèêà (ôîñôèäà ãàë-
ëèÿ). Ïðàâèëüíûé ïîäáîð òîëùèíû òîêîïðîâî-
äÿùåé ïëåíêè (íàïðèìåð, SnO2) ïîçâîëÿåò ñâå-
ñòè ê ìèíèìóìó ïîòåðè ôîòîòîêà, ñâÿçàííûå
ñ òåì, ÷òî ÷àñòü ïîòîêà îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ,
ñïîñîáíîãî ãåíåðèðîâàòü â ïîëóïðîâîäíèêå íå-
îñíîâíûå íîñèòåëè çàðÿäà, îòðàæàåòñÿ îò ïîâåðõ-
íîñòè îêñèäà ìåòàëëà è îò ïîâåðõíîñòè ïîëó-
ïðîâîäíèêà. Òîëùèíà ñëîÿ îêñèäà ìåòàëëà d
ïîäáèðàåòñÿ òàêîé, ÷òîáû ðàçíîñòü ôàç ϕ èçëó-
÷åíèÿ ïðè äâîéíîì ïðîõîæäåíèè ñëîÿ áûëà
êðàòíà (2n+1)π, òî åñòü
d = λ(2n+1)/4, (4)
ãäå n — ïîêàçàòåëü ïðåëîìëåíèÿ ïëåíêè îêñèäà
ìåòàëëà.  òàêîì ñëó÷àå âîëíû, îòðàæåííûå îò
ãðàíèö ðàçäåëà «ïëåíêà — âîçäóõ» è «ïëåíêà —
ïîëóïðîâîäíèê», íàõîäÿòñÿ â ïðîòèâîôàçå è
ïîäàâëÿþò äðóã äðóãà [13, ñ. 426—430].
Ñëåäóåò ó÷åñòü òàêæå ïëîùàäü ôîòî÷óâñòâè-
òåëüíîãî ýëåìåíòà, ïîñêîëüêó îò íåå ìîæåò çà-
âèñåòü âåëè÷èíà ôîòîòîêà â ñëó÷àå, êîãäà îñâå-
ùàåòñÿ âñÿ ïëîùàäêà ôîòîäèîäà:
²
ph
S P
I
F
ϕ≅ èëè IphF ≅ SIϕ
P, (5)
Îáúåäèíåíèå ïðåäëîæåííûõ âûðàæåíèé
(1)—(5) â ñèñòåìó ïîçâîëÿåò îïòèìèçèðîâàòü
êîíñòðóêöèþ ôîòîäèîäîâ, êîòîðûå ðàáîòàþò â
ôîòîãàëüâàíè÷åñêîì ðåæèìå, äëÿ îáåñïå÷åíèÿ
ìàêñèìàëüíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè.
Èñïîëüçóÿ ïîëó÷åííûå â [14] ðåçóëüòàòû,
ìîæíî òàêæå îöåíèòü òîêîâóþ ìîíîõðîìàòè÷å-
óäåëüíîå çíà÷åíèå ôîòîòîêà, ãåíåðèðóåìîãî
åäèíè÷íîé ïëîùàäêîé, êîòîðàÿ îáåñïå÷èâàåò
÷óâñòâèòåëüíîñòü Sint;
òîêîâàÿ èíòåãðàëüíàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü, îáóñ-
ëîâëåííàÿ èíòåãðàëüíûì ïîòîêîì P îïòè÷å-
ñêîãî èçëó÷åíèÿ, ïàäàþùåãî íà ôîòîäèîä;
ïëîùàäü ôîòî÷óâñòâèòåëüíîãî ýëåìåíòà, îñâå-
ùàåìàÿ ïàäàþùèì íà ôîòîäèîä îïòè÷åñêèì
èçëó÷åíèåì.
Iph —
SIϕ
—
F —
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 5 33
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
ñêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü Siλ ïëåíêè òîëùèíîé d
íà îïðåäåëåííîé äëèíå âîëíû:
( ) ( )( )
( ) ( ) ( )( )
0
1 0
0
1 0
1 1 exp
4
1 1 exp ,
2 1
i
e
S R x d
hc
e
R x
hc n
λ
λ λ λ
λ
λ λ
γ λ= − − −α =
γ= − − −α
+ (6)
Àíàëèç ïîëó÷åííûõ óðàâíåíèé è íåðàâåíñòâ
(1)—(6), ïðîâåäåííûé ñ ïîìîùüþ MS Office
Excel 2003, ïîêàçàë, ÷òî ìàêñèìàëüíûå çíà÷å-
íèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè íà äëèíå âîëíû 250 íì
ìîãóò äîñòèãàòü 0,1—0,12 À/Âò ïðè îáåñïå÷å-
íèè òîëùèíû ñëîÿ äèîêñèäà îëîâà, ëåãèðîâàí-
íîãî ôòîðîì, îêîëî 20—30 íì. Ïðè ðàñ÷åòå áûëè
èñïîëüçîâàíû çíà÷åíèÿ αλ, γλ, R1λ è n, ïðèâå-
äåííûå â [6]. Âåëè÷èíà õ0 îöåíèâàëàñü â 0,1—
0,3 ìêì èñõîäÿ èç òîãî, ÷òî ôîòîäèîä äîëæåí
ðàáîòàòü â ôîòîãàëüâàíè÷åñêîì ðåæèìå áåç ýëåê-
òðè÷åñêîãî ñìåùåíèÿ, è øèðèíà îáëàñòè îáúåì-
íîãî çàðÿäà â ýòîì ñëó÷àå îáóñëîâëåíà ïîòåíöè-
àëüíûì áàðüåðîì ìåæäó ñëîåì îêñèäà ìåòàëëà
è ïîäëîæêîé èç GaP.
Êàê âèäíî èç ðåçóëüòàòîâ àíàëèçà, ïðåäñòàâ-
ëåííûõ íà ðèñóíêå, íàèëó÷øèå çíà÷åíèÿ ÷óâ-
ñòâèòåëüíîñòè ìîæíî ïîëó÷èòü ïðè òîëùèíå
ïëåíêè 20 íì. Îäíàêî ýòî î÷åíü íåïðîñòàÿ òåõ-
íîëîãè÷åñêàÿ çàäà÷à, òðåáóþùàÿ ñëîæíîãî îáî-
ðóäîâàíèÿ, ê òîìó æå ïëåíêà äèîêñèäà îëîâà
òàêîé òîëùèíû î÷åíü ïëîõî ëîæèòñÿ íà ïîä-
ëîæêó ðîâíûì ñëîåì. Ëó÷øèå èç èçâåñòíûõ àíà-
ëîãîâ îáëàäàþò íà äëèíå âîëíû 250 íì òîêîâîé
ìîíîõðîìàòè÷åñêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ 0,08—
0,07 À/Âò. Ïðè÷èíà òàêîãî ÿâëåíèÿ, êàê óêà-
çûâàëîñü âûøå, — ìàëåíüêèå îñòðîâêè, íà êî-
òîðûõ íà÷èíàåòñÿ ðîñò ïëåíêè, à òàêæå âëèÿíèå
ïëîòíîñòè ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé íà ãðàíèöå
«ïîëóïðîâîäíèê — îêñèä ìåòàëëà». Â ïðåäëî-
æåííîì ðàñ÷åòå ýòîò ïîêàçàòåëü — ïëîòíîñòü
ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé íà ïîâåðõíîñòè ýïè-
òàêñèàëüíîé ñòðóêòóðû ôîñôèäà ãàëëèÿ —
íå ó÷èòûâàåòñÿ, è àíàëèòè÷åñêèé ó÷åò ýòîãî ôàê-
òîðà òðåáóåò äàëüíåéøèõ èññëåäîâàíèé.
Êàê èçâåñòíî, ïî ôèçè÷åñêîé ïðèðîäå ðàçëè-
÷àþò ÷åòûðå îñíîâíûõ òèïà ïîâåðõíîñòíûõ ñî-
ñòîÿíèé [15—17], êîòîðûå òàê èëè èíà÷å ñâÿçà-
íû ñ íàëè÷èåì äîïîëíèòåëüíîãî çàðÿäà, èìåþ-
ùåãîñÿ íà ïîâåðõíîñòè ïîëóïðîâîäíèêà èëè â
åãî îáúåìå â íåïîñðåäñòâåííîé áëèçîñòè îò ïî-
âåðõíîñòè. Îñîáåííîñòüþ æå ýïèòàêñèàëüíîé
ñòðóêòóðû ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî îíà ñîçäàåòñÿ â óñëî-
âèÿõ åñòåñòâåííîãî ðîñòà ïëåíêè ïîëóïðîâîäíè-
êà. Ïðè óñëîâèè, ÷òî ýòà ïîâåðõíîñòü íå íàðó-
øàåòñÿ ïåðåä íàíåñåíèåì áàðüåðíîãî ñëîÿ, íà-
ëè÷èå â íåé ïîâåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé ïî Òàììó
è Øîêëè ìàëîâåðîÿòíî. Äâà äðóãèõ òèïà ïî-
âåðõíîñòíûõ ñîñòîÿíèé ñâÿçàíû ïðàêòè÷åñêè ñ
êà÷åñòâîì òåõíîëîãè÷åñêîé îáðàáîòêè ïîâåðõíî-
ñòè ýïèòàêñèàëüíîãî ñëîÿ (êàê ïðàâèëî — õè-
ìèêî-äèíàìè÷åñêîé) ïåðåä íàíåñåíèåì ïðîâîäÿ-
ùåãî ýëåêòðîäà (áàðüåðíîãî ñëîÿ).
Íàèëó÷øèå îáðàçöû ôîòîäèîäîâ òèïà n+—n-
GaP—SnO2(F), ïîëó÷åííûå â [7], îáëàäàþò òî-
êîâîé ìîíîõðîìàòè÷åñêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ äî
0,12 À/Âò íà äëèíå âîëíû 250 íì ïðè íàëè÷èè
ïðîñâåòëÿþùåãî ïîêðûòèÿ, ðàññ÷èòàííîãî íà äëè-
íó âîëíû 300 íì, ÷òî ó÷èòûâàåòñÿ â íàøåì ñëó-
÷àå óðàâíåíèÿìè (1)—(3) è (6). Àíàëèç ïðåä-
ñòàâëåííûõ ðåçóëüòàòîâ ïîêàçûâàåò, ÷òî ìîäè-
ôèöèðîâàííàÿ ñèñòåìà óðàâíåíèé è íåðàâåíñòâ
ïîçâîëÿåò áîëåå òî÷íî, ÷åì â [7, 8], îöåíèâàòü
òîêîâóþ ìîíîõðîìàòè÷åñêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü
ôîòîäèîäîâ íà îñíîâå ýïèòàêñèàëüíîãî ôîñôè-
äà ãàëëèÿ. Êðîìå òîãî, îíà ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü
îïòèìàëüíûå êîìáèíàöèè êàê êîíñòðóêòèâíûõ
ïàðàìåòðîâ ñòðóêòóðû, òàê è ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ
ñâîéñòâ ïîëóïðîâîäíèêà è áàðüåðíîãî ñëîÿ äëÿ
äîñòèæåíèÿ ìàêñèìàëüíîé òîêîâîé ìîíîõðîìà-
òè÷åñêîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè â êîðîòêîâîëíîâîé
îáëàñòè ÓÔ-ñïåêòðà îïòè÷åñêîãî èçëó÷åíèÿ.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1.Ìàëèê À. È., Ãðóøêà Ã. Ã. Îïòîýëåêòðîííûå ñâîéñòâà
ãåòåðîïåðåõîäîâ îêèñåë ìåòàëëà-ôîñôèä ãàëëèÿ // Ôèçèêà
è òåõíèêà ïîëóïðîâîäíèêîâ.— 1991.— Ò. 25, âûï. 10.—
Ñ. 1891—1695. [Malik A. I., Grushka G. G. // Fizika i tekhnika
poluprovodnikov. 1991. T. 25, iss. 10. P. 1891]
2.Àíèñèìîâà È. Ä., Ñòàôååâ Â. È. Ôîòîïðèåìíèêè óëüò-
ðàôèîëåòîâîãî äèàïàçîíà íà îñíîâå øèðîêîçîííûõ ñîåäèíå-
íèé À3Â5 // Ïðèêëàäíàÿ ôèçèêà.— 1999.— Âûï. 2.—
Ñ. 41—44. [Anisimova I. D., Stafeev V. I. // Prikladnaya
fizika. 1999. Iss. 2. P. 41]
êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ îò ñòðóêòóðû
«âîçäóõ — îêñèä — ïîëóïðîâîäíèê» äëÿ
çàäàííîé äëèíû âîëíû;
çàðÿä ýëåêòðîíà;
êîýôôèöèåíò èñïîëüçîâàíèÿ ôîòîòîêà
(âíóòðåííèé êâàíòîâûé âûõîä);
ïîñòîÿííàÿ Ïëàíêà;
ñêîðîñòü ñâåòà â âàêóóìå;
êîýôôèöèåíò ïîãëîùåíèÿ èçëó÷åíèÿ ñ çà-
äàííîé äëèíîé âîëíû â ïîëóïðîâîäíèêå.
ãäå R1λ —
e0 —
γλ —
h —
c —
αλ —
0,2
0,1
0
S
iλ
,
À
/
Â
ò
250 290 330 λ, íì
Çàâèñèìîñòü òîêîâîé ìîíîõðîìàòè÷åñêîé ÷óâñòâè-
òåëüíîñòè ôîòîäèîäà îò äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ
ïðè ðàçíîé òîëùèíå ïëåíêè SnO2(F) (â íì):
— 20; — 30; — 40; — 50; — 60; — 70
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2012, ¹ 534
ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎ- È ÍÀÍÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ
3.Ïðîñïåêò ôèðìû «Hamamatsu Photonics K.K.» åëåêò-
ðîííûé ðåñóðñ. Ðåæèì äîñòóïà: http://sales.hamamatsu.com/en/
products/solid-state-division/compound-semiconductors/gaasp,-
gap/conductlist.php?&overview=13157904&view=productlist
#productlist
4.Malik A., Seco A., Fortunator E. et al. A new high
ultraviolet sensivity FTO-GaP Schottky photodiode fabricated
by spray pyrolysis // Semicond. Sci. Technol.— 1998.— N 13.—
Ð.102—107.
5.Ïàòåíò ¹ 7145 Óêðà¿íè íà êîðèñíó ìîäåëü. Ñïîñ³á âè-
ãîòîâëåííÿ ïîâåðõíåâî-áàð’ºðíîãî ôîòîä³îäó / Øàáàøêå-
âè÷ Á. Ã., ϳðîæåíêî Ñ. ²., Äîáðîâîëüñüêèé Þ. Ã.— 2005.—
Áþë. ¹ 6. [Patent ¹ 7145 Ukrayini na korisnu model’. Sposib
vigotovlennya poverkhnevo-bar’ernogo fotodiodu / Shabashke-
vich B. G., Pirozhenko S. I., Dobrovol’s’kii Yu. G. 2005.
Bull. N 6]
6.Áèêñåé Ì. Ï., Äîáðîâîëüñêèé Þ. Ã., Øàáàøêåâè÷ Á. Ã.
Ôîòîïðèåìíèê óëüòðàôèîëåòîâîãî èçëó÷åíèÿ íà îñíîâå ôîñ-
ôèäà ãàëëèÿ // Ïðèêëàäíàÿ ôèçèêà.— 2005.— ¹ 4.—
Ñ. 97—100. [Biksei M. P., Dobrovol’skii Yu. G., Shabashkevich
B. G. // Prikladnaya fizika. 2005. N 4. P. 97]
7.Dobrovolsciy Yu. G., Perevertaylo V. L., Shabashcevich
B. G., Pidkamin L. J. Clarifying coverages on the basis of tapes
SnO2, SiO2, Si3N4 for photodiodes of ultraviolet and visible
range // SPIE Proc. 2009.— Vol. 7388.— P. 63—69 .
8.http://spie.org/x648.html?product_id=855112, Yu.
Dobrovolsky, L. Pidkamin and G. Prokhorov, «Photodiodes on
the basis of gallium phosphate with increased sensitivity at a
wavelength of 254 nm», Proc. SPIE 8338, 83380N (2011);
doi:10.1117/12.920931 http://spie.org/x648.html?product_
id=920931.
9.Âîðîáåöü Ã. ²., Âîðîïàºâà Ñ. Ë., Äîáðîâîëüñüêèé Þ. Ã.,
²âàíóøàê Ì. Í. Àëãîðèòì ³ ïðîãðàìíå çàáåçïå÷åííÿ îïòèì³-
çàö³¿ òåõí³÷íèõ ïàðàìåòð³â ôîòîäåòåêòîð³â // Íàóêîâèé â³ñíèê
×åðí³âåöüêîãî óí³âåðñèòåòó: Çá³ðíèê íàóê. ïðàöü.— Âèï. 446:
Êîìï’þòåðí³ ñèñòåìè òà êîìïîíåíòè.— 2009.— Ñ. 112—116.
[Vorobets’ G. I., Voropaeva S. L., Dobrovol’s’kii Yu. G.,
Ivanushak M. N. Algoritm i programne zabezpechennya
optimizatsiyi tekhnichnikh parametriv fotodetektoriv // Naukovii
visnik Chernivets’kogo universitetu: Zbirnik nauk. prats’. Iss.
446: Komp’yuterni sistemi ta komponenti. 2009. P. 112]
10. Äîáðîâîëüñêèé Þ. Ã. Ôîòîäèîä, óñòîé÷èâûé ê ôî-
íîâîìó îñâåùåíèþ // Sensor Electronics and Microsystem
Technologies.— 2006.— ¹ 4.— Ñ. 33—37. [Dobrovol’skii
Yu. G. // Sensor Electronics and Microsystem Technologies.
2006. N 4. P. 33]
11. Äæàôàðîâ Ò. Ä. Äåôåêòû è äåôåêòîñêîïèÿ â ýïèòàê-
ñèàëüíûõ ñëîÿõ.— Ìîñêâà: Íàóêà, 1978. [Dzhafarov T. D.
Defekty i defektoskopiya v epitaksial’nykh sloyakh. Moscow:
Nauka, 1978]
12. Áîí÷-Áðóåâè÷ Â. Ë., Êàëàøíèêîâ Ë. Ã. Ôèçèêà ïîëó-
ïðîâîäíèêîâ.— Ìîñêâà: Íàóêà, 1977. [Bonch-Bruevich V. L.,
Kalashnikov L. G. Fizika poluprovodnikov. Moscow: Nauka, 1977]
13. Ñèâóõèí Ä. Â. Îáùèé êóðñ ôèçèêè. Òîì IV. Îïòè-
êà.— Ìîñêâà: Ôèçìàòëèò, 2005. [Sivukhin D. V. Obshchii
kurs fiziki. Tom IV. Optika. Moscow: Fizmatlit, 2005]
14. Äîáðîâîëüñêèé Þ. Ã., Êîìàðîâ Å. Â., Áèêñåé Ì. Ï.
Äâóõñïåêòðàëüíûé ôîòîïðèåìíèê // Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðó-
èðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå.— 2005.— ¹ 3.—
Ñ. 18—22. [Dobrovol’skii Yu. G., Komarov E. V., Biksei M.
P. // Tekhnologiya i Konstruirovanie v Elektronnoi Apparature.
2005. N 3. P. 18]
15. Nicollian E. H., Brews J. R. MOS (Metal Oxide
Semiconductor) Physics and Technology.— New York: Wiley,
1982.
16. Sah C.-T. Fundamentals of solid-state electronics.—
World Scientific, 1991.
17. Ãóðòîâ Â. À. Òâåðäîòåëüíàÿ ýëåêòðîíèêà: Ó÷åá. ïî-
ñîáèå.— Ìîñêâà, 2005. [Gurtov V. A. Tverdotel’naya
elektronika: Ucheb. posobie. Moscow, 2005]
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ ðóêîïèñè
â ðåäàêöèþ 15.06 2012 ã.
___________________________
Dobrovol’skii Yu. G. Photodiode based on GaP
sensitized to short-wave region of UV spectrum.
Keywords: photodiode, gallium phosphide, computer
design, sensitivity.
An algorithm for the simulation and analysis of the
parameters that determine the sensitivity of the
photodiode surface-barrier structures based on n+—n-
GaP—SnO2(F) has been developed. It has been shown
that the monochromatic current sensitivity to radiation
at wavelength of 250 nm in such a structure can reach
0,1—0,12 A/W.
Ukraine, Chernovtsi, SPF «Tensor».
____________________________
Äîáðîâîëüñüêèé Þ. Ã. Ôîòîä³îäè íà îñíîâ³ GaP ç
ï³äâèùåíîþ ÷óòëèâ³ñòþ ó êîðîòêîõâèëüîâ³é îáëàñò³
ÓÔ-ñïåêòðà.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: ôîòîä³îä, ôîñô³ä ãàë³þ, êîì-
ï’þòåðíå ìîäåëþâàííÿ, ÷óòëèâ³ñòü.
Ðîçðîáëåíî àëãîðèòì äëÿ êîìï'þòåðíîãî ìîäåëþ-
âàííÿ òà àíàë³çó ïàðàìåòð³â, ùî âèçíà÷àþòü ÷óò-
ëèâ³ñòü ôîòîä³îä³â ç ïîâåðõíåâî-áàð'ºðíîþ ñòðóê-
òóðîþ íà îñíîâ³ n+—n-GaP—SnO2(F). Ïîêàçàíî,
ùî ñòðóìîâà ìîíîõðîìàòè÷íà ÷óòëèâ³ñòü äî âèïðî-
ì³íþâàííÿ ç äîâæèíîþ õâèë³ 250 íì ó òàê³é ñòðóê-
òóð³ ìîæå äîñÿãàòè 0,1—0,12 À/Âò.
Óêðà¿íà, ì. ×åðí³âö³, ÍÏÔ «Òåíçîð».
|