Автореферат (1090209), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Следовательно, при поглощении на нём электромагнитного излучения, в алмазе будет генерироваться фототок.На рис. 1.3 также представлены окна пропускания атмосферы в ИК – диапазонеспектра. Как видно из рисунка, некоторые пики поглощения акцептора бора приходятсяна окна прозрачности атмосферы. Пик 2,44 мкм приходится на окно прозрачности 2 –2,5мкм, а пики 3,57 и 4,07 на окно прозрачности 3,5 – 4,2 мкм. Из вышеизложенного следует, что датчики на основе алмаза, легированного бором, могут применяться для детектирования ИК – излучения в среднем ИК-диапазоне спектра.2 ОДНОЭЛЕМЕНТНЫЕ АЛМАЗНЫЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ ФОТОДЕТЕКТОРЫ2.1 Разработка конструкции одноэлементного алмазного фотодетектораФотоприёмники на основе алмаза изготавливались, как правило, из пластинок алмазатолщиной около 200 мкм, относящихся к группе 2а согласно градации алмазов по электрофизическим свойствам.

Их сопротивление лежит в пределах 1010 – 1016 Омсм. Посторонних примесей в них практически нет, за исключением азота, который легко растворим в алмазе, и является донорной примесью. Допустимые концентрации азота, как показывает наш опыт работы, не должны превышать 21018 атомов/см3. Изготовленные фоторезисторы и фотодиоды представляли собой самостоятельный прибор, на базе метал-10локерамического DIP-корпуса 201.16-1. Конструкция чувствительного элемента фоторезистора представлена на рис. 2.1.

Конструкция чувствительного элемента фотодиодапредставлена на рис.2.2. Фоторезистор отличался от фотодиода только конструкциейчувствительного элемента. Чувствительный элемент, в виде алмазной пластины,Рис. 2.1 Внешний вид оптиРис. 2.2 Внешний вид оптической алмазной пластины. 1 ческой алмазной пластинки с– Алмазная подложка; 2 – Au напыленными электродами.электроды напылённые на1 – алмазная подложка; 2 –поверхность алмазной пла- полупрозрачный платиновыйстины.электрод; 3 – алюминиеваяконтактная площадка; 4 –нижний алюминиевый электрод.располагался на монтажной площадке корпуса таким образом, чтобы его активная зонанаходилась напротив входного окна крышки корпуса.2.2 Технология изготовления алмазных одноэлементных датчиковТехнологические способы изготовления датчиков УФ-излучения были разработаны набазе технологии производства кремниевых интегральных схем. Однако, наличие индивидуальных номеров для каждой пластины, а также различные габариты (особенно толщина пластины) не позволило нам на отдельных операциях, в частности фотолитографии,использовать основное преимущество технологии ИС – групповые методы обработки.Основными технологическими операциями при изготовлении полупроводниковых фотоприемных устройств являются: химическая обработка полупроводниковой алмазной пластины; химическое травление слоев на поверхности алмазной пластины; фотолитография; ионное легирование; термическая обработка; нанесение слоев металлизации; нанесение слоев изоляции.2.3 Технология сборки алмазных одноэлементных фотоприемников УФдиапазонаСборка алмазных одноэлементных фотоприемников УФ диапазона проходила в четыреэтапа.

Сначала мы устанавливали алмазную пластину в корпус, с помощью клеевой композиции контактол. Далее, с помощью микросварки, ставилась перемычка из золотойпроволоки между контактной площадкой и поверхностью монтажной площадки для подачи смещения. Затем, мы ставили золотую перемычку от алюминиевой площадки наалмазе к выводу корпуса для снятия сигнала.Затем следовала операция герметизации внутреннего объёма прибора с одновременнойпостановкой защиты на входном окне оптоэлектронного прибора.112.4 Исследование характеристик алмазных одноэлементных фотодетекторовМетодика измерений была разработана на основе ГОСТ 17772-88.

Схема и порядокизмерения характеристик алмазных одноэлементных фотодетекторов (АОФД) приведенав приложении А диссертационного исследования.На рис. 2.3 приведена типичная темновая и световаявольтамперная характеристика (ВАХ) структуры срис. 2.2 при засветке монохроматическим излучениемс max = 220 нм.Как видно из рисунка 2.3 темновая ВАХ являетсялинейной, т.е. структура в темноте ведет себя как резистор, что свидетельствует, о том, что контакты являются омическими.Световая ВАХ имеет нелинейный вид. Так как приотсутствии смещения, в данном случае, отсутствуетРис. 2.3 Темновая и световаяфотоЭДС, то, скорее всего, различие между темновой вольтамперная характеристикаи световой ВАХ зависит исключительно от разностиАОФДвремени жизни электронов и дырок в алмазе.Обобщенные графики зависимости спектральных характеристик для АОФД с содержанием азота менее 1018 атомов/см3 на рис.

2.4 и более 1018 атомов/см3 на рис. 2.5.Как видно из рис. 2.4, с ростом тянущего поля сигнал увеличивается. Смещение максимума спектральной чувствительности в коротковолновую область приувеличении напряжениясмещенияобъясняетсявытягиваниемнеравновесных носителей (электронов), генерированныхболее коротковолновым,сильно поглощаемым излучением вблизи поверхРис.

2.4 Зависимостьности со стороны освеспектральной характещаемого Pt-контакта (см.ристики малоазотногоРис. 2.5 Зависимость спектральрис. 2.2), тогда как при(концентрация азоной характеристики «грязного»18низких полях эти носитета < 10 ) алмаза от на(концентрация азота ~ 1019) алмали за время жизни ( ~пряжения смещения. 1 –за от напряжения смещения. 1 –109 c) не успевают просмещение 5В; 2 – смесмещение 5В; 2 – смещение 10 В;щение 10 В; 3 –дрейфовать к противопо3 – смещение 15 В; 4 – смещениесмещение 15 В; 4 –ложной стороне кристал30 В; 5 – смещение 50В; 6 – смесмещение 30 В; 5 –ла.щение 100 В; 7 – смещение 150 В;смещение 50В; 6 – смеВ то же время, для более8 – смещение 200 В.щение 100 В; 7 – смевысокоазотных алмазовщение 150 В; 8 – сменаблюдаетсянесколькощение 200 В.другая зависимость фототока от напряжения смещения см.

рис. 2.5. Это происходит потому что, коэффициент поглощения примесных12центров намного ниже, чем у фундаментального края поглощения и электроннодырочные пары генерируются в глубине кристалла.При повышении тянущего напряжения неравновесные носители вытягиваться избольшей глубины кристалла.3 МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ АЛМАЗНЫЕ УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ ФОТОДЕТЕКТОРЫ3.1 Разработка конструкции матричных фотоприемных системПри разработке УФ-матричных фотоприемных систем нами был использован опыт создания твердотельных ИК-преобразователей изображения. После детального изучениявопроса, из множества решений мы выбрали для реализации гибридную конструкцию,состоящую из алмазного фоточувствительного элемента, состыкованного с кремниевыммультиплексором.

Это позволило использовать для регистрации УФ излучения высокочувствительный алмаз, а для обработки и вывода сигнала богатые возможности современной кремниевой электроники.3.2 Варианты компоновки матричных фотоприемных устройствВ гибридном алмазном матричномфотодетекторе (АМФД), собранном потехнологииперевернутогокристалла(«флипчип»), фотоприемная матрица имультиплексор стыкуются с помощьювысоких(6−8мкм)индиевыхмикростолбов, сформированных как наприемнойматрице,такинамультиплексоре.Рис. 3.1 Гибридный АМФД, собранное поВ данном варианте засветка фотопритехнологии «флип-чип»емной матрицы осуществляется с обратнойстороны через полупрозрачный платиновый электрод (рис.

3.1).Преимуществом компоновки «флип-чип» является то, что алмазный фотоприемниксажается непосредственно на кремниевый кристалл, который затем монтируется в корпус для разварки выводов коммутатора на внешние выводы корпуса, связанными с электронным устройством управления мультиплексором и обработки сигнала.3.3 Технологические основы изготовления алмазных многоэлементныхфотоприемников УФ диапазона3.3.1 Технология изготовления алмазных многоэлементных фотоприемников УФдиапазона формата 64х2 со сквозной проводимостью через объемНа рисунке 3.2 представлен фрагмент алмазной линейки, освещаемой с поверхностипри полупрозрачных контактах на верхней поверхности алмазной пластины и присплошном контакте на нижнем торце алмазной пластины.Преимуществом такой линейки является возможность использования широкого спектрального диапазона УФ-излучения.

Недостатком – необходимость использования алмазной пластины малой толщины, что вызывает трудности при обработке пластин и припоследующем технологическом процессе.Технологический процесс потребовал разработки и изготовления трех фотошаблонов.13На первом фотошаблоне чувствительные элементы имели размеры 40х80 мкм. Онирасположены с шагом 50 мкм. Таким образом, длина всех чувствительных элементов линейки на одной стороне занимает 3,5 мм, что позволяет использовать кристаллы алмаза с размерамистороны менее 4-х мм.Второй фотошаблон предназначался для защитычувствительных контактных элементов при процессах удаления платины с поверхности алмазной пластины.

Фотографии фрагментов полученных алмазРис. 3.2 Фрагмент алмазнойных линеек после второй фотолитографии и удалелинейки, освещаемой с поверхния слоя фоторезиста над чувствительными элемен- ности, при полупрозрачных контами приведены на рис. 3.3тактах на верхней поверхностиСправа на рис. 3.3 .видны чувствительные полупроалмазной пластины и призрачные пикселы, к которым присоединены золотыесплошном контакте на нижнейвыводы.

Площадь чувствительных элементов 40×40 поверхности алмазной пластины.мкм; шаг 50 мкм. Слой платины удален со всей по- 1-алмазная пластина; 2- сплошверхности пластины, за исключением пикселей ной контакт на нижней поверх40×40 мкм, защищенных фоторезистом. Часть золота ности; 3-полупрозрачные платитакже удаляется при ионном травлении.новые контакты на чувствительЭто видно на приведенных ниже микрофотографи- ной площадке фоторезисторов;ях (виден контур на слое золота, показывающий, что 4-выводы к платиновым контакзолотой вывод перекрывает частично чувствитель- там; 5-металлизационные плоный элемент, (рис. 3.3)). В центре видны полупро- щадки для присоединения вывозрачные чувствительные элементы, соединенные с дов; 6-выводы для присоединезолотыми выводами. После третьей фотолитографии ния к мультиплексору.вскрываются окна 40×40 мкм над полупрозрачнымипикселами, а также вскрываются в фоторезисте отверстия на золотых площадках дляприсоединения выводов.Вся остальная часть пластины закрыта фоторезистом, который экранируетультрафиолетовые лучипри облучении пластиныпо всей площади, за исключением пикселов, покрытых полупрозрачнойплатиной.После изготовления всехРис.

Характеристики

Список файлов диссертации