Температурний дрейф спектральної чутливості кремнієвого фотодіода

Автор(и)

  • Андрій Олександрович Воронько Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Київ, Україна https://orcid.org/0000-0003-2899-963X
  • Денис Олександрович Новіков Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Київ, Україна https://orcid.org/0000-0001-5160-7214
  • Олександр Бенедиктович Шимановський ЦКБ Ритм, Чернівці, Україна https://orcid.org/0009-0007-8436-7051

DOI:

https://doi.org/10.20535/S002134702302005X

Ключові слова:

тверді розчини сполук A3B5, газофазна епітаксія з металоорганічних сполук, ГФЕ МОС, пірометрія з компенсацією випромінювання, кремнієвий фотодіод, температурна залежність параметрів

Анотація

В статті проведено аналіз зміни спектральної чутливості кремнієвого фотодіода зі зміною його температури. Дана область досліджень є актуальною, оскільки в системах контролю температури процесу газофазної епітаксії в якості чутливого елемента використовуються кремнієві фотодіоди. Технічні характеристики отриманих напівпровідникових приладів здебільшого визначаються якістю гетероструктур, які використовують для їхнього виготовлення. Для прецизійного контролю температури поверхні активних шарів твердих розчинів А3В5 під час проведення газофазної епітаксії з металоорганічних сполук (ГФЕ МОС) використовують метод оптичної пірометрії. Оскільки рельєф та параметри поверхні при осадженні значно змінюються, використання класичної пірометрії призводить до значних похибок вимірювання, тому використовується метод пірометрії з компенсацією випромінювання. Даний метод поєднує в собі вимірювання випромінювання поверхні пластини та її відбивальної здатності. Це дає можливість визначити істинне значення температури поверхні, товщину шару та рівномірність розподілу тепла по пластині в реальному часі. Однак, для високої прецизійності необхідно враховувати температурний коефіцієнт зміни ампер-ватної чутливості кремнієвого фотодіода. У даній статті розглянуто основи технології ГФЕ МОС, а також висвітлено особливості процесу епітаксії в реакторі, що потребує високоточного контролю температури. Наведено аналітичне та емпіричне дослідження зміни ампер-ватної чутливості кремнієвого фотодіода та вплив на точність вимірювання. Результати дослідження поліпшують точність вимірювання реальної температури при застосуванні пірометричних систем контролю параметрів в технології ГФЕ МОС і допомагають зрозуміти та врахувати вплив температурних факторів на точність вимірювання для покращення технології епітаксії з металоорганічних сполук.

Біографії авторів

Андрій Олександрович Воронько, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Київ

К.т.н., факультет електроніки (ФЕЛ), кафедра мікроелектроніки (МЕ)

Денис Олександрович Новіков, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» , Київ

Факультет електроніки (ФЕЛ), кафедра мікроелектроніки (МЕ)

Олександр Бенедиктович Шимановський, ЦКБ Ритм, Чернівці

Провідний інженер-конструктор

Посилання

J. R. Creighton, W. G. Breiland, D. D. Koleske, G. Thaler, M. H. Crawford, “Emissivity-correcting mid-infrared pyrometry for group-III nitride MOCVD temperature measurement and control,” J. Cryst. Growth, vol. 310, no. 6, pp. 1062–1068, 2008, doi: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2007.12.063.

S. I. Krukovskyi, V. Arikov, A. O. Voronko, V. S. Antonyuk, “Features of low-temperature GaAs formation for epitaxy device structures,” J. Nano- Electron. Phys., vol. 14, no. 2, pp. 02016-1-02016–5, 2022, doi: https://doi.org/10.21272/jnep.14(2).02016.

D. F. Storm et al., “Dependence of growth temperature on the electrical properties and microstructure of MBE-grown AlN/GaN resonant tunneling diodes on sapphire,” J. Vac. Sci. Technol. B, Nanotechnol. Microelectron. Mater. Process. Meas. Phenom., vol. 38, no. 3, 2020, doi: https://doi.org/10.1116/6.0000052.

H. Ghadi et al., “Influence of growth temperature on defect states throughout the bandgap of MOCVD-grown β -Ga2O3,” Appl. Phys. Lett., vol. 117, no. 17, 2020, doi: https://doi.org/10.1063/5.0025970.

M. Belousov, B. Volf, J. C. Ramer, E. A. Armour, A. Gurary, “In situ metrology advances in MOCVD growth of GaN-based materials,” J. Cryst. Growth, vol. 272, no. 1–4, pp. 94–99, 2004, doi: https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2004.08.080.

A. Gurary, “Application of emissivity compensated pyrometry for temperature measurement and control during compound semiconductors manufacturing,” in AIP Conference Proceedings, 2003, vol. 684, pp. 843–848, doi: https://doi.org/10.1063/1.1627233.

H. Photonics, “Silicon photodiode basics,” Si photodiodes, 2022. https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES_LIBRARY/ssd/si_pd_kspd0001e.pdf.

J. Hartmann, J. Fischer, U. Johannsen, L. Werner, “Analytical model for the temperature dependence of the spectral responsivity of silicon,” J. Opt. Soc. Am. B, vol. 18, no. 7, p. 942, 2001, doi: https://doi.org/10.1364/JOSAB.18.000942.

H. A. Weakliem, D. Redfield, “Temperature dependence of the optical properties of silicon,” J. Appl. Phys., vol. 50, no. 3, pp. 1491–1493, 1979, doi: https://doi.org/10.1063/1.326135.

P. Geng, W. Li, X. Zhang, X. Zhang, Y. Deng, H. Kou, “A novel theoretical model for the temperature dependence of band gap energy in semiconductors,” J. Phys. D Appl. Phys., vol. 50, no. 40, p. 40LT02, 2017, doi: https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa85ad.

C. Schinke et al., “Uncertainty analysis for the coefficient of band-to-band absorption of crystalline silicon,” AIP Adv., vol. 5, no. 6, 2015, doi: https://doi.org/10.1063/1.4923379.

J. Heller, J. W. Bartha, C. C. Poon, A. C. Tam, “Temperature dependence of the reflectivity of silicon with surface oxide at wavelengths of 633 and 1047 nm,” Appl. Phys. Lett., vol. 75, no. 1, pp. 43–45, 1999, doi: https://doi.org/10.1063/1.124271.

L. Werner, J. Fischer, U. Johannsen, J. Hartmann, “Accurate determination of the spectral responsivity of silicon trap detectors between 238 nm and 1015 nm using a laser-based cryogenic radiometer,” Metrologia, vol. 37, no. 4, pp. 279–284, 2000, doi: https://doi.org/10.1088/0026-1394/37/4/3.

V. G. Verbitskiy, V. S. Antonyuk, A. O. Voronko, L. M. Korolevych, D. V. Verbitskiy, D. O. Novikov, “Matrix of photosensitive elements for determining the coordinates of the source of optical radiation,” J. Nano- Electron. Phys., vol. 13, no. 4, pp. 04029-1-04029–6, 2021, doi: https://doi.org/10.21272/jnep.13(4).04029.

Розріз кристала ФД-1, що досліджується

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-08-14 — Оновлено 2023-02-21

Як цитувати

Воронько, А. О., Новіков, Д. О., & Шимановський, О. Б. (2023). Температурний дрейф спектральної чутливості кремнієвого фотодіода. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 66(2), 85–96. https://doi.org/10.20535/S002134702302005X

Номер

Том 66 № 2 (2023)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.