Диссертация (1090210), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Разработана технология производства алмазных детекторов, отличаю-щаяся от классической полупроводниковой технологии тем, что на операцияхтравления, химической обработки, фотолитографии использовалась специальная технологическая оснастка-держатель – индивидуальная для одной алмазнойпластины, а для операции напыления диэлектрических и металлических покрытий – групповую (до 10 посадочных мест), а кремниевая полупроводниковаятехнология химической обработки была дополнена операцией обработки в кипящем хромпике, что позволило удалять графитизацию возникающую, послевысокотемпературных обработок алмазных пластин;3.
Во время разработки конструкции одноэлементных датчиков на основеприродного алмаза IIа типа было установлено, что лучшей конструкцией чувствительного элемента с точки зрения чувствительности и стабильности свойствявляется «сэндвичевая», когда алмаз находится между верхним полупрозрачным и нижним электродами, а оптимальным материалом для электродов, по совокупности свойств, является платина с адгезионным подслоем из тантала илититана, для контактных площадок оптимальным же является золото, с титаномили нитридом титана в качестве адгезионного подслоя. Однако, в детекторах,применяемых в условиях исключающих агрессивные среды, в качестве контактных площадок можно использовать алюминий, с последующей разваркойкристалла алюминиевой проволокой;1894. Сконструированные и изготовленные по вновь разработанной техноло-гии, фотодетекторы на основе алмаза, обладают порогом чувствительности ~3,5⋅10-12 Вт/Гц-1/2, постоянной времени ~160 мкс и динамическим диапазоном1300 ÷ 1700;5.
Обнаружена и исследована зависимость формы спектральной чувстви-тельности алмазных фотоприёмников от фоновой засветки, результаты этогоисследования позволяют, как управлять чувствительностью и спектральной характеристикой приборов на алмазе посредством подсветки чувствительногоэлемента неактиничным излучением, так и изготавливать новые приборы способные детектировать излучение в трех диапазонах спектра одним алмазнымфотоприемником;6. Обнаружена и исследована зависимость формы графика спектральнойчувствительности алмазных фотоприёмников от напряжения смещения.
Разнаяреакция фоточувствительности «чистых» (концентрация азота < 1018) и «грязных» (концентрация азота ~ 1019) алмазов на изменение напряжения смещенияделает невозможным создание датчика с диапазоном чувствительности от 180до 280 нм, путём легирования его азотом или подбора алмазной пластины поэтому критерию, в то же время возможность управления формой спектра фоточувствительности алмазного фотодетектора позволяет конструировать спектральные приборы, которые за счёт изменения своей аппаратной функции могут распознавать состав многокомпонентных смесей, используя одиночный детектор.7.
Экспериментальные исследования показали, что алмазные полупро-водники, легированные бором имеют спектр поглощения согласованный с окнами прозрачности атмосферы, в частности пик 2,44 мкм приходится на окнопрозрачности 2 – 2,5мкм, а пики 3,57 и 4,07 на окно прозрачности 3,5 – 4,2 мкм,и могут применяться для разработки гиперспектральных фоточувствительныхустройств чувствительных как в УФ области спектра, так и в среднем ИК.8.
Световая ВАХ алмазной пластины с верхним полупрозрачным элек-тродом имеет нелинейный вид близкий к диодному не из-за наличия потенци-190ального барьера, а исключительно из-за разности времени жизни электронов идырок в алмазе. Сконструированные с учётом этого обстоятельства алмазныефоточувствительные приборы (на верхний полупрозрачный электрод должноподаваться отрицательное смещение) показывают существенно более высокуючувствительность (фототок увеличивается от 3-х до 10 раз в зависимости от полярности смещения).9.
Во время разработки конструкции многоэлементных датчиков на осно-ве природного алмаза IIа типа было установлено, что темновой ток встречноштыревой конструкции линеек является достаточно большим и неоднороднымот пиксела к пикселу, и связан с поверхностными токами утечки и имеет значительный разброс от пиксела к пикселу (геометрический шум 23,8%) а чувствительность линейной структуры работающей через объём, была в шесть раз выше, чем у встречно-штыревой структуры, темновой ток был меньше в 4 раза,при геометрическом шуме 1,1%. Что показало значительное преимуществообъёмного пиксела перед пикселом встречно-штыревой конструкции.10.
Фотопроводимость пикселов матрицы аналогична таковой у одноэле-ментных фотодетекторов. Неравномерность фоточувствительности от пикселак пикселу (геометрический шум 21,8%) обусловлена внутренними локальнымимикронеоднородностями природного кристалла алмаза, в которых, повидимому, присутствуют центры рекомбинации, резко ограничивающие времяжизни неравновесных электронов и дырок.11. Во время разработки технологии многоэлементных датчиков на основеприродного алмаза IIа типа было установлено, что изготовление ПЗС-матриц наалмазных полупроводниках проблематично из-за отсутствия у алмаза твёрдогоокисла и наличия известных проблем, связанных с внедрением в него легирующих примесей, в то же время способ наращивания алмазной плёнки накремниевой микросхеме для изготовления алмазных приёмников неприемлемвследствие технологической несовместимости кремниевой и алмазной технологий, так технологические процессы по формированию структур на кремниипроисходят при температурах не более 600ºС при атмосферном давлении, а вы-191ращивание алмазных плёнок при температурах более 850ºС.
Кроме того, притемпературах выше 800ºС кремний начинает взаимодействовать с углеродом собразованием карбидов.12. Было установлено, что для создания многоэлементных алмазных при-ёмников наиболее подходит гибридная структура. Это когда детектированиеУФ-излучения происходит в алмазных фотоприемниках, а обработка электрического сигнала (накопление, опрос) – в кремниевом кристалле, а электрическое соединение кристаллов осуществляется с помощью индиевых столбов, которые специально выращиваются на каждом (либо одном) кристалле. Гибридная матрица превосходит ПЗИ на алмазе по важному для большинства приложений параметру – по чувствительности, обусловленной наличием оптимизированных схем обработки в кремниевом пикселе.13. Впервые в мире была серийно изготовлена алмазная матрица форматом128х128, спектральным диапазоном от 180 до 270 нм, с геометрическим шумом8,5%, состыкованная с мультиплексором с помощью индиевых столбцов и по-лучено с её помощью УФ-изображение.14.
На основе одноэлементных датчиков было разработано и изготовленофотоприёмноеустройство,котороеимеетпорогчувствительности8,7·10-11 Вт/Гц1/2 и позволяет обнаружить трассер ракеты на расстоянии более90 метров и фотометрическая установка с алмазными фотоприёмниками, рабо-тающая в УФ-С диапазоне спектра, которая позволяет с высокой точностью (до0,001 мг/дм3) обнаруживать примеси нефтепродуктов в сточных водах.15. На базе матрицы 128х128 было разработано устройство наблюдения,которое имело пороговую чувствительность 3,6·10-15 Вт/см2, а построенная математическая модель этого прибора и его фотоприёмного устройства на основеалмаза формата 128х128 УФ диапазона спектра является адекватной и позволяет исследовать их характеристики.16.
На основе алмазной четырёхэлементной матрицы был разработан и из-готовлен, впервые в мире, высокоскоростной четырёхканальный детектор ультрафиолетового излучения, который имел постоянную времени не хуже 1,8 нс и192чувствительность достаточную для локации объектов на расстоянии 25 000 км вбезвоздушном пространстве, что позволяет использовать его как приёмник всоставе лидара УФ – диапазона спектра.На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что разработанныев работе технологические и конструктивные решения позволят начать серийноепроизводство микроэлектронных приборов на основе как природного, так исинтетического алмаза, расширят область применения с одновременным ихудешевлением.193ЛИТЕРАТУРА.1.May, P.W. Diamond thin films: a 21st-century material [Text]./ P.W. May// Phil.
Trans. R. Soc. Lond. A. – 2000. – v.358. – P. 473 – 495.2.Aleksov, A. Diamond diodes and transistors [Text]./ A. Aleksov, A. Deni-senko, M. Kunze, [at. al.]//Semicond. Sci. Technol. – 2003. – №18. – P. S59 – S66.3.Kasu, M. Gate interfacial layer in hydrogen-terminated diamond field-effect transistors [Text]./ M. Kasu, K. Ueda, H. Kageshima, Y.
Yamauchi // Diamond& Related Materials. – 2008. – №17. – P.741 – 744.4.Kumaresan, R. Device processing, fabrication and analysis of diamondpseudo-vertical Schottky barrier diodes with low leak current and high blocking voltage [Text]./ R. Kumaresan, H. Umezawa, N. Tatsumi [at. al.]// Diamond & RelatedMaterials. – 2009.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
