Jak vytvořit PN spojení fotocitlivého čipu InSb?

insb wafer

Jak vytvořit PN spojení fotocitlivého čipu InSb?

In terms of mid-infrared detection in the 3-5um band, detectors based on InSb materials stand out from many material devices due to their mature material technology, high sensitivity, and good stability. InSb has become the preferred material for the preparation of mid-wave infrared detectors. Ganwafer can supply InSb wafers for infrared detectors, more specifications please view: https://www.ganwafer.com/product/insb-wafer/; nebo zasílejte své dotazy nasales@ganwafer.com. Jako polovodičový materiál s přímou mezerou v pásmu má InSb malou efektivní hmotnost elektronů, vysokou mobilitu a úzkou mezeru v pásmu (0,17 eV při 300 K a 0,23 eV při 77 K). Při nízké teplotě má InSb vysoký koeficient absorpce infračerveného světla (~1014cm-1), kvantovou účinnost větší nebo rovnou 80 % a vysokou mobilitu nosiče (un~105cm2∙V-1∙s-1).

S neustálým vývojem technologie infračervené detekce prošly fotosenzitivní čipy založené na materiálech InSb procesem vývoje od jednotkových čipů po víceprvkové čipy, čipy s lineárním polem a čipy s plošným polem. Po procesu propojení flip-chip jsou fotocitlivý čip a obvod pro zpracování signálu spojeny dohromady a umístěny do ohniskové roviny optického systému, který tvoří hlavní součást detekce infračerveného signálu. Při realizaci fotoelektrické konverze je výkon fotocitlivého čipu InSb jedním z klíčových faktorů, které určují úroveň detekce detektoru ohniskové roviny. Při přípravě fotosenzitivního čipu InSb area array jsou kvalita PN přechodu a efektivní izolace jednotek fotocitlivých pixelů jádrem přípravy čipu area array. Mezi nimi se proces přípravy PN přechodu dělí na proces difúze, proces iontové implantace a proces epitaxe, což jsou hlavní technologie pro výrobu infračerveného detektoru InSb. Pro různé techniky výroby PN přechodů jsou také různé techniky výroby struktury povrchového pole. Technologie výroby fotocitlivého čipu je zavedena podle procesů přípravy PN přechodu.

1. Proces tepelné difúze

Proces tepelné difúze je první vyvinutá a vyzrálá procesní metoda. Principem procesu je získat dostatek energie, aby atomy dopovacího prvku vstoupily do krystalu antimonidu india a obsadily volná místa v mřížce metodou vysokoteplotního ohřevu, aby došlo k dopování prvku a modifikaci materiálu. Technologie difúzního procesu je vyspělá a zařízení je jednoduché, ale schopnost kontroly dopingových nečistot je špatná. Proto je opakovatelnost mezi dávkami a mezi substráty InSb ve stejné dávce relativně špatná a kontrola jednotnosti difúze velkoplošného pole je špatná; při vertikálním zabudování příměsových prvků do materiálu dochází k závažné laterální difúzi, jak je znázorněno na obrázku 1. Proto je při přípravě fotosenzitivního čipu InSb area array obvykle nutné použít techniku ​​mokrého leptání nebo suché leptání technika pro přípravu pole fokální roviny (FPA) mesa junction.

Effect Diagram of Lateral Diffusion

Obr. 1 Diagram efektů laterální difúze

2. Proces iontové implantace

Proces iontové implantace se zrodil z potřeby vyššího výkonu PN přechodů. Implantační proces ionizuje prvky nečistot na vysokoenergetické částice prostřednictvím komponent iontového zdroje zařízení a implantuje vysokoenergetické ionty s vysokou energií až kilogramů a bilionů do materiálu substrátu prostřednictvím potrubí, jako jsou urychlovací trubice, takže realizovat dopování materiálových složek a měnit vlastnosti materiálu. Z procesu realizace procesu a principu procesu je známo, že v procesu dotování substrátového materiálu v difúzním procesu je koncentrace dopingu na povrchu materiálu nejvyšší. Jak se hloubka dopingu prohlubuje, koncentrace dopingu postupně klesá a proces difúze se stává stupňovitým spojem. Během procesu tvorby spojení při implantačním procesu jsou vysokoenergetické částice po implantaci do substrátového materiálu bráněny jádry a mezijadernými elektrony a postupně se zpomalují a zůstávají v určité hloubce. Implantujte nejvyšší koncentraci na jiné místo v rozsahu implantátu, než je povrch materiálu substrátu. Distribuce implantovaných prvků je relativně koncentrovaná a vytvořený PN přechod je struktura náhlého spojení. Pokud je proces správně navržen, lze získat PN přechod s vynikajícím výkonem a snížit šumový proud zařízení.

Ion Implantation

Obr. 2 Schematický diagram iontové implantace

Pro přípravu infračervených fotosenzitivních čipů na bázi InSb je výhodou procesu iontové implantace to, že implantační energii a dávku lze volně řídit a množství a hloubku implantovaných nečistot lze přesně řídit tak, aby bylo dosaženo extrémně nízké a mělké implantace junkce. Implantované nečistoty dopadají téměř vertikálně do základního materiálu podle vzoru masky a nedojde k žádné vážné laterální difúzi; zařízení je vysoce automatizované, čímž lze dosáhnout rovnoměrného dopování na velké ploše, s dobrou opakovatelností, zajišťující přesnost a opakovatelnost dopingu. Pro zajištění čistoty dopovacího prvku lze přesně vybrat jednu nečistotu. Ve srovnání s difúzním procesem proces iontové implantace nevyžaduje vysokoteplotní ošetření a doba procesu je kratší než proces difúze, což může účinně zlepšit efektivitu výroby fotosenzitivních čipů InSb.

S ohledem na výhody vertikální dopingové kolimace iontové implantace je struktura plošného fotosenzitivního čipu přizpůsobená procesu iontové implantace obecně strukturou planárního spojení. Proces iontové implantace v kombinaci s planární spojovací strukturou má následující výhody:

1) Omezte procesní kroky, jako je fotolitografie, koroze a leptací procesy, které se podílejí na izolaci pixelů;

2) Integrita fotosenzitivního povrchového pole je lepší, v pozdějším procesu propojení a dávkování se snadno neobjevují bubliny a schopnost reakce na stres je silnější v procesu broušení, leštění a ředění;

3) Není třeba připravovat strukturu drážky pro dosažení izolace pixelů, což může snížit vzdálenost středu pixelu a zmenšit velikost čipu oblasti InSb. Tím se sníží velikost nosné Dewarovy a chladicí konstrukce a sníží se spotřeba energie a náklady.

3. Proces epitaxe InSb

Soudě podle výkonu, který vykazují současné epitaxní filmy, je epitaxe slibná technologie výroby pole s ohniskovou rovinou InSb. Epitaxní růst je technologie přípravy narůstání nové monokrystalické vrstvy podle původní krystalové orientace na monokrystalickém InSb substrátu, jehož povrch byl pečlivě zpracován při teplotě nižší, než je bod tání krystalu. Důležitým rysem epitaxní technologie je, že během přípravy vrstvy epitaxních krystalů InSb lze koncentraci nečistot ve vrstvě upravit řízením obsahu nečistot v reakci, která není ovlivněna typem substrátu a úrovní dopingu nečistot. . Proto, když je PN přechod vytvořen touto technikou, distribuce nečistot se může blížit ideální náhlé distribuci nečistot. Běžně používané metody epitaxního procesu zahrnují MBE, MOCVD, LPE a MSE atd.

Growth Principle of MBE Epitaxial Layer

Obr. 3 Schematický diagram principu růstu MBE epitaxní vrstvy

Epitaxní proces může poskytnout pokročilejší struktury zařízení. Výhodou epitaxní technologie je, že typ vodivosti narostlého polovodiče lze řídit na požádání během procesu epitaxní krystalizace InSb a dopingové množství nečistot lze kdykoli upravit. Má rovnoměrný růst, in-situ doping, kontrolu v reálném čase a není třeba snižovat Díky výhodám tenkosti a dalším výhodám lze navrhovat a vyrábět různé struktury zařízení řízením parametrů zařízení v procesu epitaxe, takže realizovat výrobu vysokoteplotních pracovních zařízení a dvou-polychromatických pracovních zařízení.

Protože epitaxní proces využívá metodu růstu celého čipu, lze jej použít pouze pro přípravu zařízení se strukturou mesa junction.

Pro více informací nás prosím kontaktujte e-mailem na sales@ganwafer.com a tech@ganwafer.com.

Sdílet tento příspěvek