journal-opt - abstr188-198

https://doi.org/10.15407/jopt.2018.53.188

Optoelectron. Semicond. Tech. 53, 188-198 (2018)

V.P. Maslov, A.V. Sukach, V.V. Tetyorkin, M.Yu. Kravetskii, N.V. Kachur, Ye.F. Venger, A.T. Voroschenko, I.G. Lutsishin, I. M. Matiyuk, A.V. Fedorenko

PECULIARITIES OF MANUFACTURE, ELECTRICAL AND PHOTOELECTRICAL PROPERTIES OF DIFFUSION Ge p-i-n-PHOTODIODES

The technological regimes for production of photosensitive Ge p-i-n-junctions by using simultaneous diffusion of acceptor impurities Zn and In with the two-temperature method in the n-Ge substrate possessing the specific resistivity close to 15 Ω cm in a closed system at the diffusion temperature of ~ 700 °C. The junction depth was of approximately 2 micrometers. To reduce the contact noise, p+-p- and n+-n structures were prepared. Thin polycrystalline ZnSe films of cubic modification were used for passivation and protection of the surface of the mezastructural p-i-n-transitions. The choice of ZnSe as a passive and protective coating was caused by the high specific resistance of polycrystalline films, good matching the lattice constants and coefficients of thermal expansion in contact materials. Technological regimes of depositing the ZnSe films have been presented, and the effect of vacuum-thermal processing the Ge junctions on minimization of surface currents in the heterojunctions and on stability of these passivating and protective coatings has been found. The basic mechanisms of charge carrier transport within the temperature range 227…316 K that corresponds to typical climatic conditions for junction operation, have been ascertained. It has been shown that in the studied temperature region, in forward- and reverse-biased junctions, the dark current is determined by diffusion and generation-recombination mechanisms with the dominant contribution of diffusion component. The basic parameters of the current-voltage characteristics (ideality coefficient, dark current at zero bias voltage, series resistance) have been determined, which allows to predict transport properties of the developed junctions at other temperatures. The influence of the i-region on the direct I-U characteristics has been revealed. Common behavior of the spectral dependences of current sensitivity under background radiation reduction by using a silicon optical filter embedded into the photodiode housing has been investigated, and threshold parameters of photodiodes have been also determined.

Keywords: Ge p-i-n-photodiodes, diffusion, passivation, transport properties, background radiation.

PDF

References

1. Berceli T., Herzfeld P. Microwave photonics - a historical perspective. IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 2010. 58, No 11. P. 2992-3000.

https://doi.org/10.1109/TMTT.2010.2076932

2. Seeds A.J., Williams K.J. Microwave photonics. J. Lightwave Technology. 2006. 24, No 12. P. 4628-4641.

https://doi.org/10.1109/JLT.2006.885787

3. Filachev A.M., Taubkin I.I., Trishenkov M.A. Tverdotelnaya fotoelektronika. Fotodiody. M.: Fizmatkniga, 2011. (in Russian)

4. Kapasso F., Pirsoll T., Pollak M. i dr. Tehnika opticheskoj svyazi. Fotopriemniki. Pod red. U. Tsanga M.: Mir, 1988. (in Russian)

5. Bolshakov T.D., Samohvalov A.K., Uvarova S.D. i dr. Sposob izgotovleniya i parametry Ge p-i-n-fotodiodov. Prikladnaya fizika. 2012. №4. S. 115-119. (in Russian)

6. Matveev I.N., Protopopov V.V., Troickij I.N., Ustinov N.D. Lazernaya lokaciya. M.: Mashinostroenie, 1984. (in Russian)

7. Asnis L.A., Vasilev V.P., Volkonskij V.B. i dr. Lazernaya dalnometriya. M.: Radio i svyaz, 1995. (in Russian)

8. Rogalskij A. Infrakrasnye detektory. Pod red. A.V. Vojcehovskogo. Novosibirsk: Nauka, 2003. (in Russian)

9. Anisimova I.D., Vikulin I.M., Zaitov F.A. i dr. Poluprovodnikovye fotopriemniki: ultrafioletovyj, vidimyj i blizhnij infrakrasnyj diapazon spektra. Pod red. V.I. Stafeeva. M.: Radio i svyaz, 1984. (in Russian)

10. Ryuhtin V.V., Dobrovolskij Yu.G. Osobennosti razrabotki termostabilizirovannyh germanievyh fotodiodov. Tehnologiya i konstruirovanie v elektronnoj apparature. 2004. № 6. S. 45-48. (in Russian)

11. Yakushenkov Yu.G., Lukancev V.N., Kolosov M.P. Metody borby s pomehami v optiko-elektronnyh priborah. M.: Radio i svyaz, 1981. (in Russian)

12. Hinrikus H.V. Shumy v lazernyh informacionnyh sistemah. M.: Radio i svyaz, 1987. (in Russian)

13. Dvurechenskij A.V., Kachurin G.A., Nidaev E.V., Smirnov L.S. Impulsnyj otzhig poluprovodnikovyh materialov. M.: Nauka, 1982. (in Russian)

14. Litvinov R.O. Vliyanie poverhnosti na harakteristiki poluprovodnikovyh priborov. Kiev: Naukova dumka, 1972. (in Russian)

15. Rejvi K. Defekty i primesi v poluprovodnikovom kremnii. M.: Mir, 1984. (in Russian)

16. Venger E.F., Grendel M., Danilina V. i dr. Strukturnaya relaksaciya v poluprovodnikovyh kristallah i pribornyh strukturah. Kiev: Feniks, 1994. (in Russian)

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

18. Sharma B.L., Purohit R.K. Poluprovodnikovye geteroperehody. M.: Sov. radio, 1979. (in Russian)

19. Alferov Zh.I., Konovalenko B.M., Ryvkin S.M. i dr. Ploskostnye germanievye fotodiody. ZhTF. 1955. 25, № 1. S. 11-17. (in Russian)

20. Baranskij P.I., Klochkov V.P., Potykevich I.V. Poluprovodnikovaya elektronika. Svojstva materialov. Spravochnik. Kiev: Naukova dumka, 1975. (in Russian)

21. Kalinkin I.P., Aleskovskij V.B., Simashkevich A.V. Epitaksialnye plenki soedinenij AIIBVI. Leningrad: Izd-vo Leningradskogo universiteta, 1978. (in Russian)

22. Stafeev V.I. Pryamaya vetv volt-ampernoj harakteristiki nesimmetrichnogo dioda. FTT. 1961. 3, № 1. S. 185-193. (in Russian)

23. Maslov V.P., Tetorkin V.V., Sukach A.V., Kachur N.V., Turu T.A., Krivonogov O.S. Distancijnij datchik temperaturi. Patent na korisnu model № 125612. Ukrayina, MPK (2018.01) G 01K 11/00, G 08B 17/00. № u 201800505; zayavl. 18.01.2018; opubl. 10.05.2018. Byul. № 9. (in Ukrainian)

24. Konakova R.V., Kordash P., Thorik Yu.A. Prognozirovanie nadezhnosti poluprovodnikovyh lavinnyh diodov. Kiev: Naukova dumka, 1986. (in Russian)

В.П. Маслов, А.В. Сукач, В.В. Тетьоркін, М.Ю. Кравецький, Н.В. Качур, Є.Ф. Венгер, А.Т. Ворощенко, І.Г. Луцишин, І.М. Матіюк, А.В. Федоренко

ОСОБЛИВОСТІ ВИГОТОВЛЕННЯ, ЕЛЕКТРИЧНІ ТА ФОТОЕЛЕКТРИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ДИФУЗІЙНИХ Ge p-i-n ФОТОДІОДІВ

Розроблено технологічні режими виготовлення фоточутливих Ge p-i-n переходів одночасною дифузією акцепторних домішок Zn та In двотемпературним способом у підкладки n-Ge з питомим опором 15 Ом·см в закритій системі при температурі дифузії ~700 °С. Виготовлено p-i-n переходи з глибиною залягання ~2 мкм. Для зменшення контактного шуму виготовлялись структури p+ -p- та n+ -n-типу. Для пасивації та захисту поверхні мезаструктурних p-i-n-переходів використовувались тонкі полікристалічні плівки ZnSe кубічної модифікації. Вибір ZnSe як пасивуючого та захисного покриття пояснюється високим питомим опором полікристалічних плівок, хорошою узгодженістю постійних граток та коефіцієнтів термічного розширення контактуючих матеріалів. Наведено технологічні режими нанесення плівок ZnSe та з’ясовано вплив вакуумнотермічної обробки Ge переходів на мінімізацію поверхневих станів гетеромежі ZnSe/Ge, а також стабільність такого пасивуючого і захисного покриття. Встановлено основні механізми транспорту носіїв заряду в інтервалі температур 227–316 K, який відповідає зміні кліматичних умов експлуатації далекоміра. Показано, що у дослідженому інтервалі температур при прямих та зворотних зміщеннях темновий струм переходів визначається дифузійним та генераційнорекомбінаційним механізмом переносу заряду з переважаючим вкладом дифузійної компоненти. Визначенo основні параметри ВАХ (коефіцієнт неідеальності, темновий струм при нульовому зміщенні, послідовний опір переходу), що дозволяє прогнозувати закономірності транспорту носіїв заряду при інших температурах. З’ясовано вплив i-області на прямі ВАХ переходів. Наведено закономірності спектральної залежності ампер-ватної чутливості дифузійних Ge фотодіодів в умовах обмеження фонового випромінювання з кремнієвим оптичним фільтром, вмонтованим у корпус фотодіода, та атестовані їх основні робочі параметри.

Ключові слова: Ge p-i-n-фотодіоди, дифузія, пасивація, транспортні властивості, фонове випромінювання.

Back / Повернутися