journal-opt - abstr43-68

https://doi.org/10.15407/jopt.2016.51.043

Optoelectron. Semicond. Tech. 51, 43-68 (2016)

A.V. Sukach, V.V. Tetyorkin, I.M. Matiyuk, A.I. Tkachuk

InSb Photodiodes (Review, Part I)

The current state of development of InSb photodiodes prepared using ion implantation method has been considered. Specific features of formation of disordered layer depending on the mass of ions, their energy and dose radiation have been analyzed. The conclusions on the effectiveness of stationary and pulsed photon annealings of radiation damages have been made. The results of studying the annealing on transformation of electrical and photoelectric properties and characteristics of the initial InSb have been presented. A model of the conductivity type conversion caused by thermal annealing of n-InSb has been proposed. The carrier transport mechanisms in InSb photodiodes produced using ion implantation have been analyzed, and conclusions on the nature of excessive currents has been made.

Keywords: InSb photodiode, ion implantation, damage layer, excessive tunneling current, p-n heterojunction.

PDF

References

1. Rogalskij A. Infrakrasnye detektory. Novosibirsk: Nauka, 2003. 636 s. (in Russian)

2. Indium Antimonide Detectors. Catalog Teledyne Judson Technologies. 2015. P. 12-15.

3. InSb Photovoltaic Detectors. Catalog. Hamamatsu Photonics K. K. 2015. P. 1-5.

4. Tetyorkin V.V., Sukach A.V., Tkachuk A.A. Infrared photodiodes on II-VI and III-V narrow gap semiconductors. In: Photodiodes - from Fundamentals to Applications. Ed. prof. Ilgu Yun. Vienna: InTechopen, 2012. P. 403-426.

https://doi.org/10.5772/52930

5. Astahov V.P., Gindin P.D., Karpov V.V. i dr. Rezultaty razrabotki fotodiodov na InSb s ultranizkimi temnovymi tokami dlya vysokochuvstvitelnyh PZS. Prikladnaya fizika. 1999. №2. S. 73-79. (in Russian)

6. Ashley T., Dean A.B., Elliott C.T. et al. Molecular-beam of homoepitaxial InSb photovoltaic detectors. Electron. Lett. 1988. 24, No. 20. P. 1270-1272.

https://doi.org/10.1049/el:19880865

7. Sun Tai-Ping, Lee Si-Chen, Yang Cheng-Jeen. The current leakage mechanism in InSb p+

-n diodes. J. Appl. Phys. 1990. 67, No. 11. P. 7092-7097.

https://doi.org/10.1063/1.345059

8. Lazarev F.P. Optiko-elektronnye pribory navedeniya letatelnyh apparatov. M.: Mashinostroenie, 1984. 480 s. (in Russian)

9. Koichiro Ueno, Edson G. Camargo, Yoshifumi Kawakami, Yoshitaka Moriyasu, Kazuhiro Nagase and Naohiro Kuze, A novel InSb photodiodes infrared sensor operating at room temperature. Mater. Res. Symp. Proc. 2006. 891. P. 0891-EE06-03.1-03.6.

10. Aleksandrov S.E., Gavrilov G.A., Kapralov A.A. i dr. Modelirovanie harakteristik gazovih sensorov na osnove diodnyh optopar srednego IK-diapazona spektra. ZhTF. 2009. 79, №2. S. 112-118. (in Russian)

11. Gorelik L.I., Kortikov M.V., Polesskij A.V. i dr. Teplovizionnyj pribor dlya spektralnogo diapazona 3-5 mkm na osnove fotopriemnogo ustrojstva iz antimonida indiya. Prikladnaya fizika. 2010. №2. S. 116-119. (in Russian)

12. Fizika vizualizacii izobrazhenij v medicine. Pod red. S. Uebba. M.: Mir, 1991. 408 s. (in Russian)

13. Boltar K.O., Vlasov P.V., Eroshenkov V.V., Lopuhin A.A. Issledovanie fotodiodov s tokami utechki v matrichnyh fotopriemnikah na osnove antimonida indiya. Prikladnaya fizika. 2014. №4. S. 45-50. (in Russian)

14. Lopuhin A.A., Stepanyuk V.E., Taubkin I.I. i dr. Issledovanie vliyaniya svetovogo otzhiga na svojstva matrichnyh fotopriemnyh struktur na osnove antimonida indiya. Prikladnaya fizika. 2014. №6. S. 56-59. (in Russian)

15. Baliev D.L., Boltar K.O., Vlasov P.V. i dr. Matrichnoe fotopriemnoe ustrojstvo na osnove antimonida indiya formata 640×512 s shagom 15 mkm. Prikladnaya fizika. 2014. №2. S. 41-44. (in Russian)

16. Pavlov P.V., Danilov Yu.A., Tulovchikov V.S. Morfologicheskie i strukturnye izmeneniya InSb pri ionnoj bombardirovke. Doklady AN SSSR. 1979. 248, №5. S. 1111-1113. (in Russian)

17. Danilov Yu.A., Tulovchikov V.S. Anomalnoe radiacionnoe razuporyadochenie antimonida indiya pri ionnoj implantacii. FTP. 1980. 14, №1. S. 197-200. (in Russian)

18. Gerasimov A.I., Miheeva E.V., Pavlov P.V., Tetelbaum D.I. Strukturno-fazovye izmeneniya v antimonide indiya pri ionnoj bombardirovke. Fizika i himiya obrabotki materialov. 1984. №2. S. 49-54. (in Russian)

19. Danilov Yu.F., Maksimov S.K., Pavlov P.B. i dr. Svyaz strukturnyh izmenenij v antimonide indiya s usloviyami processa ionnogo vnedreniya. Elektronnaya tehnika. Seriya 7 TOPO. 1982. Vyp. 1 (110). S. 15-17. (in Russian)

20. Hurwitz C.E. and Donnelly I.P. Planar InSb photodiodes fabricated by Be and Mg ion implantation. Solid-State Electron. 1975. 18, No. 9. P. 753-756.

https://doi.org/10.1016/0038-1101(75)90152-5

Hurwitz C.E. and Donnelly I.P. Planar InSb photodiodes fabricated by Be and Mg ion implantation. Solid-State Electron. 1975. 18, No. 9. P. 753-756.

https://doi.org/10.1016/0038-1101(75)90152-5

21. Gerasimenko N.N., Guzev A.A., Kuryshev G.V. i dr. Primenenie metodov ionnogo legirovaniya p-n-perehodov na InSb i InAs. Novosibirsk: Institut fiziki poluprovodnikov SO AN SSSR, 1991. 40 s. (Preprint-2. Institut fiziki poluprovodnikov SO AN SSSR.) (in Russian)

22. Astahov V.P., Tulovchikov V.S., Perevoshikov V.A. i dr. Materialovedcheskie osobennosti sozdaniya ionno-planarnyh fotochuvstvitelnyh struktur na monokristallah InSb. Prikladnaya fizika. 2002. №1. S. 118-128. (in Russian)

23. Astahov V.P., Astahov M.V., Karpov V.V., Yakimov E.B. Issledovanie planarnyh fotodiodnyh struktur na kristallah InSb metodom navedennogo toka. Poverhnost. Rentgenovskie, sinhrotronnye i nejtronnye issledovaniya. 2007. №1. S. 50-54. (in Russian)

24. Maksimov A.D. Usovershenstvovanie i unifikaciya bazovoj implantacionnoj tehnologii fotodiodov iz antimonida indiya: avtoref. dis. …. kand. him. nauk. M., 2012. 25 s. (in Russian)

25. Astahov V.P., Karpov V.V., Krapuhin V.V. i dr. Issledovanie planarnyh fotodiodnyh struktur na plenkah InSb, poluchennyh na sapfire metodom prodolnoj kristallizacii. Prikladnaya fizika. 2008. №3. S. 144-117. (in Russian)

26. Bogatyrev V.A., Kachurin G.A., Smirnov L.S. Diffuziya cinka iz implantirovannyh sloev antimonida indiya. FTP. 1978. 12, №5. S. 878-880. (in Russian)

27. Bogatyrev V.A., Kachurin G.A. Otzhig defektov v antimonide indiya posle ionnoj bombardirovki. FTP. 1977. 11, №7. S. 1360-1363. (in Russian)

28. Bogatyrev V.A., Gavrilov A.A., Kachurin G.A. i dr. Elektricheskie i fotoelektricheskie svojstva p-n-perehodov na InSb, poluchennye vnedreniem ionov cinka s posleduyushej diffuzionnoj razgonkoj. FTP. 1978. 12, №11. S. 2106-2109. (in Russian)

29. Bogatyrev V.A., Kachurin G.A., Smirnov L.S. Vnedrenie ionov v antimonid indiya pri povyshennyh temperaturah. FTP. 1978. 12, №1. S. 102-105. (in Russian)

30. Biryulin P.V., Turinov V.I., Yakimov E.B. Issledovanie fotodiodnyh lineek na InSb. FTP. 2004. 38, №4. S. 498-503. (in Russian)

https://doi.org/10.1134/1.1734678

31. Belotelov S.V., Korshunov A.B., Smirnickij V.B. i dr. "Goryachee" ionnoe legirovanie p-InSb seroj (svojstva p-n-perehodov). FTP. 1983. 17, №11. S. 1923-1925. (in Russian)

32. A.s. 1563510 SSSR. MPK 6: H01L 21/2565. Sposob izgotovleniya poluprovodnikovyh priborov na antimonide indiya. S.V. Belotelov, A.B. Korshunov. № 4402911/25; zayavl. 05.04.1988; opubl. 20.09.2001. Byul. №26. (in Russian)

33. Kuryshev G.L., Myasnikov A.M., Obodnikov V.I. i dr. Pereraspredelenie berilliya v InSb i InAs pri vnedrenii ionov i posleduyushem otzhige. FTP. 1994. 28, №3. S. 439-442. (in Russian)

34. Skakun N.A., Stoyanova I.G., Dikij N.P. i dr. Vliyanie intensivnosti i dozy implantirovannyh ionov Mg na radiacionnye narusheniya v InSb. FTP. 1981. 15, №10. S. 1910-1915. (in Russian)

35. Kolcov G.I., Makarov V.V., Yurchuk S.Yu. Profili raspredeleniya implantirovannogo berilliya v poluprovodnikovyh soedineniyah AIIIBV. FTP. 1996. 30, №10. S. 1907-1916. (in Russian)

https://doi.org/10.1016/S1352-2310(96)90041-2

36. Jialu Liu, Tinging Zhang. Rapid thermal annealing characteristics of Be implanted into InSb. Appl. Surf. Sci. 1998. 126, No. 2. P. 231-234.

https://doi.org/10.1016/S0169-4332(97)00695-8

37. Trohin A.S., Skakun N.A., Stoyanova I.G. i dr. Lokalizaciya atomov berilliya v kristallicheskoj reshetke antimonida indiya pri ionnoj implantacii. Poverhnost. Fizika, himiya, mehanika. 1988. №8. S. 144-146. (in Russian)

38. Patent RU №2056671 S1. MPK7: H01L 21/265. Sposob izgotovleniya p-n-perehodov na kristallah antimonida indiya. V.P. Astahov, V.E. Barbon, V.V. Karpov i dr.; №93033629/25; zayavl. 28.06.1993; opubl. 20.03.1996. (in Russian)

39. Astahov V.P., Karpov V.V., Slovcheva G.S., Talimov A.V. O vozmozhnostyah uvelicheniya tokovoj chuvstvitelnosti fotodiodov na osnove InSb. Prikladnaya fizika. 2003. №3 S. 68-71. (in Russian)

40. Astahov V.P., Gindin P.D., Karpov V.V., Talimov A.V. Povyshenie termostojkosti fotodiodov na InSb. Prikladnaya fizika. 2002. №1. S 56-62. (in Russian)

41. Patent RU №2331950 S1. MPK7: H01L 31/18, H01L 21/265. Sposob izgotovleniya fotodiodov na kristallah antimonida indiya n-tipa provodimosti. V.P. Astahov, P.D. Gindin, N.I. Evstafeva i dr. № 2007105172/28; zayavl. 13.02.2007; opubl. 20.08.2008. (in Russian)

42. Patent RU №2324259 S1. MPK7: H01L031/102. Fotodiod na antimonide indiya. V.P. Astahov, P.D. Gindin, V.P. Ezhov i dr.; № 2006137783/28; zayavl. 26.10.2006; opubl. 10.05.2008. (in Russian)

43. Artamonov A.V., Astahov V.P., Karpov V.V., Maksimov A.D. Osobennosti impulsnogo fotonnogo otzhiga defektov, vvedennyh v kristally InSb pri implantacii ionov Be+. Vestnik MITHT. 2012. 7, №3. S 47-51. (in Russian)

44. Harahorin F.F., Poluboyarinova M.F., Vinogradova V.G. Vliyanie nekotoryh faktorov na process izmeneniya znaka provodimosti pri termoobrabotke n-InSb. Izv. AN SSSR. Neorgan. Materialy. 1966. 2, №1. S. 32-36. (in Russian)

45. Harahorin F.F., Aksenov V.V., Gombarova D.A. i dr. K voprosu o mehanizme izmeneniya znaka provodimosti pri termoobrabotke n-InSb. Izv. AN SSSR. Neorgan. Materialy. 1966. 2, №7. S. 1200-1205. (in Russian)

46. Stocker H.J. Diffusion sobility and electrical properties of copper in indium antimonide. Phys. Rev. 1963. 130, No. 10. P. 2160-2167.

https://doi.org/10.1103/PhysRev.130.2160

Stocker H.J. Diffusion sobility and electrical properties of copper in indium antimonide. Phys. Rev. 1963. 130, No. 10. P. 2160-2167.

https://doi.org/10.1103/PhysRev.130.2160

47. Verneviev F.D., Golovanov V.V. O prirode termoakceptorov v InSb. Izv. AN SSSR. Neorgan. Materialy. 1974. 10, №6. S. 935-939. (in Russian)

48. Blaut-Blachev A.N., Ivleva V.S., Pepik N.I. i dr. Izmenenie svojstv n-InSb v processe termoobrabotki. Izv. AN SSSR. Neorgan. Materialy. 1976. 12, №9. S. 1663-1667. (in Russian)

49. Svojstva struktur metall-dielektrik-poluprovodnik. Pod red. A.V. Rzhanova. M.: Nauka, 1976. 280 s. (in Russian)

50. Bogatyrev V.A., Kachurin G.A. Formirovanie nizkoomnyh n-sloev na p-InSb impulsnym lazernym oblucheniem. FTP. 1977. 11, №1. S. 100-102. (in Russian)

51. Tetyorkin V., Sukach A., Krolevec N.M. Conductivity type conversion in p-CdZnTe under pulsed laser irradiation. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2014. 17, No. 3. P. 281-294.

https://doi.org/10.15407/spqeo17.03.291

52. Foyt A.G., Lindey W.T. and Donelly J.P. n-p-junction photodetectors in InSb fabricated by proton bombardment. Appl. Phys. Lett. 1970. 16, No. 9. P. 335-337.

https://doi.org/10.1063/1.1653216

53. Madelung O. Semiconductor-Basis Data, 2nd resisted Edition. Berlin: Springer, 1996. 317 p.

54. htpp://www.ioffe.ru/SVA/NSM/semicond/

55. Strelchenko S.S., Lebedev V.V. Soedineniya A3B5. Spravochnik. M.: Metallurgiya, 1984. 144 s. (in Russian)

56. Perevoshikov V.A., Skupov V.D. Osobennosti abrazivnoj i himicheskij obrabotki poverhnosti poluprovodnikov. Nizhnij Novgorod: NNGU. 1992. 206 s. (in Russian)

57. Иващенко А.И., Слободчиков С.В. Об избыточных токах в p-n-переходах. ФТП. 1977. 11, №10. С. 2010-2012.

Ivashenko A.I., Slobodchikov S.V. Ob izbytochnyh tokah v p-n-perehodah. FTP. 1977. 11, №10. S. 2010-2012.

58. Astahov V.P., Dudkin V.F., Kerner B.S. i dr. Mehanizmy vzryvnogo shuma p-n-perehodov. Mikroelektronika. 1989. 18, №5. S. 455-463. (in Russian)

59. Tulovchikov V.S., Zharkov E.S. Spektry fotoprovodimosti monokristallov InSb, legirovannogo implantaciej ionov magniya. Neorganicheskie materialy. 2001. 37, №11. S. 1313-1316. (in Russian)

https://doi.org/10.1023/A:1012588824031

60. Luft B.D., Perevoshikov V.A., Vozmilova L.N. i dr. Fiziko-himicheskie metody obrabotki poverhnosti poluprovodnikov. M., Radio i svyaz: 1982. 136 s. (in Russian)

61. Perevoshikov V.A. Processy himiko-dinamicheskogo polirovaniya poverhnosti poluprovodnikov. Vysokochistye veshestva. 1995. №2. S. 5-29. (in Russian)

62. Danilenko S.G. Rozrobka travilnih kompozicij ta tehnologichnih procesiv formuvannya polirovanih poverhon pidkladok arsenidu ta antimonidu indiyu dlya priladiv ICh-tehniki: avtoref. dis. … kand. tehn. nauk. Kiyiv, 2000. 15 s. (in Ukrainian)

63. Sukach A.V., Teterkin V.V. Transformaciya elektricheskih svojstv InAs p-n-perehodov v rezultate ultrazvukovoj obrabotki. Pisma v ZhTF. 2009. 35, №11. S. 65-75. (in Russian)

64. Sukach A.V., Teterkin V.V., Voroshenko A.T. ta in. Zvorotni VAH ta mehanizmi protikannya strumu v InAs fotodiodah. OPT. 2011. Vyp.46. S. 107-114. (in Ukrainian)

65. Tetyorkin V., Sukach A. and Tkachuk A. InAs Infrared Photodiodes. Chapter 20. In: Advances in Photodiodes. Ed. Gian Franco Dalla Betta. INTECH, 2011. P. 427-446.

https://doi.org/10.5772/14084

66. Lukyanchikova N.B. Fluktuacionnye yavleniya v poluprovodnikah i poluprovodnikovyh priborah. M.: Radio i svyaz, 1990. 296 s. (in Russian)

67. Zi S.M. Fizika poluprovodnikovyh priborov. M.: Energiya, 1973. 656 s. (in Russian)

68. Olhovikova T.I., Prihodko E.P., Hashimov F.R. Narusheniya, voznikayushie v processe podgotovki podlozhek InSb k epitaksialnomu vyrashivaniyu. Elektronnaya tehnika. Cer. Materialy. 1975. №9. S. 84-87. (in Russian)

69. Astahov V.P., Karpov V.V., Krapuhin V.V. i dr. Fotodiody iz antimonida indiya s effektom Mossa-Burshtejna na osnove zhidkofaznyh gomoepitaksialnyh struktur. Prikladnaya fizika. 2012. №4. S.79-82. (in Russian)

70. Kimukin I., Biyikli N. and Ozban E. InSb high-speed photodetector grown on GaAs substrate. J. Appl. Phys. 2003. 94, No. 8. P. 5414-5416.

https://doi.org/10.1063/1.1611286

71. Vojcehovskij A.V. Davydov V.N. Fotoelektricheskie MDP-struktury iz uzkozonnyh poluprovodnikov. Tomsk: Radio i svyaz, 1990. 328 s. (in Russian)

72. Lee G.S., Thompson P.E., Davis I.L. et al. Characterization of molecular beam epitaxially grown InSb layer and diode structures. Solid-State Electron. 1993. 36, No. 3. P. 387-389.

https://doi.org/10.1016/0038-1101(93)90091-4

73. Tevke A., Besinsi C., Hoof Ch.V. et al. InSb infrared p-i-n photodetectors grown on GaAs coated Si substrates by molecular beam epitaxy. Solid-State Electron. 1998. 42, No. 6. P. 1039-1044.

https://doi.org/10.1016/S0038-1101(98)00124-5

74. Bloоm I. and Nemirovsky Y. Surface passivation of backside-illuminated indium antimonide focal plane array. IEEE Trans. Electron. Devices. 1993. 40, No. 2. P. 303-313.

https://doi.org/10.1109/16.182506

75. Ashley T., Baker J.M., Burce T.M. et al. InSb focal plane arrays (FPA's) grown by molecular beam epitaxy. Proc. SPIE. 2000. 4028. P. 398-403.

https://doi.org/10.1117/12.391753

76. Bublik V.G., Dubrovina A.N. Metody issledovaniya struktury poluprovodnikov i metallov. M.: Metallurgiya, 1978. 272 s. (in Russian)

77. Pavlov L.P. Metody izmereniya parametrov poluprovodnikovyh materialov. M.: Vysshaya shkola, 1987. 239 s. (in Russian)

78. Batavin V.V., Koncevoj Yu.A., Fedorovich Yu.V. Izmerenie parametrov poluprovodnikovyh materialov i struktur. M.: Radio i svyaz, 1985. 264 s. (in Russian)

79. Tyagaj V.A., Snitko O.V. Elektrootrazhenie sveta v poluprovodnikah. Kiev: Naukova dumka, 1980. 304 s. (in Russian)

80. Cherepin V.T. Ionnyj mikrozondovyj analiz. Kiev: Naukova dumka, 1992. 344 s. (in Russian)

81. Poltavec Yu.G., Knyazev A.S. Tehnologiya obrabotki poverhnostej v mikroelektronike. Kiev: Tehnika, 1990. 206 s. (in Russian)

82. A.s. №521620 SSSR. MPK2: H01L 21/30, C23F 1/00. Poliruyushij rastvor dlya antimonida indiya. E.N. Prihodko, T.I. Olhovikova, F.R. Hashimov i N.V. Kozlova. № 2018216/25, zayavl. 26.02.74; opubl. 15.07.76. Byul. №26. (in Russian)

А.В. Сукач, В.В. Тетьоркін, І.М. Матіюк, А.І. Ткачук1 InSb

ФОТОДІОДИ (ОГЛЯД. ЧАСТИНА I)

Розглянуто сучасний стан розробок InSb фотодіодів методом іонної імплантації. Проаналізовано особливості формування розупорядкованого шару у залежності від маси іона, його енергії та дози опромінення. Зроблено висновки щодо ефективності стаціонарного та імпульсного фотонного відпалів радіаційних дефектів. Наведено результати досліджень впливу відпалу на трансформацію електричних та фотоелектричних параметрів і характеристик вихідного InSb приладної якості. Запропоновано модель конверсії типу провідності, зумовленої термічним відпалом n-InSb. Проаналізовано механізми транспорту носіїв заряду в InSb фотодіодах, виготовлених методом іонної імплантації, та зроблено висновки щодо природи надлишкових струмів.

Ключові слова: InSb фотодіод, іонна імплантація, розупорядкований шар, надлишковий тунельний струм, неоднорідний p-n перехід.

Back / Повернутися