Bagaimana Membuat Persimpangan PN Cip Fotosensitif 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/; atau hantar pertanyaan anda kesales@ganwafer.com. Sebagai bahan semikonduktor celah jalur langsung, InSb mempunyai jisim berkesan elektron kecil, mobiliti tinggi dan jurang jalur sempit (0.17eV pada 300K dan 0.23eV pada 77K). Pada suhu rendah, InSb mempunyai pekali penyerapan yang tinggi untuk cahaya inframerah (~10¹⁴cm^-1), kecekapan kuantum lebih besar daripada atau sama dengan 80%, dan mobiliti pembawa yang tinggi (un~10⁵cm²∙V^-1∙s^-1).

Dengan pembangunan berterusan teknologi pengesanan inframerah, cip fotosensitif berdasarkan bahan InSb telah mengalami proses pembangunan daripada cip unit kepada cip berbilang elemen, tatasusunan baris dan cip tatasusunan kawasan. Selepas proses penyambungan cip flip, cip fotosensitif dan litar pemprosesan isyarat digabungkan bersama dan diletakkan pada satah fokus sistem optik, yang membentuk komponen teras pengesanan isyarat inframerah. Dalam merealisasikan penukaran fotoelektrik, prestasi cip fotosensitif InSb adalah salah satu faktor utama yang menentukan tahap pengesanan pengesan satah fokus. Dalam penyediaan cip fotosensitif tatasusunan kawasan InSb, kualiti simpang PN dan pengasingan berkesan unit piksel fotosensitif adalah kunci teras kepada penyediaan cip tatasusunan kawasan. Antaranya, proses penyediaan simpang PN terbahagi kepada proses resapan, proses implantasi ion dan proses epitaksi, yang merupakan teknologi arus perdana untuk fabrikasi pengesan inframerah InSb. Untuk teknik fabrikasi simpang PN yang berbeza, teknik fabrikasi struktur tatasusunan permukaan yang sepadan juga berbeza. Teknologi pembuatan cip fotosensitif diperkenalkan mengikut proses penyediaan simpang PN.

1. Proses Resapan Terma

Proses resapan haba adalah kaedah proses pertama yang dibangunkan dan matang. Prinsip proses adalah untuk mendapatkan tenaga yang mencukupi untuk atom unsur doping untuk memasuki kristal antimonida indium dan menduduki kekosongan kekisi melalui kaedah pemanasan suhu tinggi, untuk merealisasikan doping unsur dan pengubahsuaian bahan. Teknologi proses penyebaran adalah matang dan peralatannya mudah, tetapi keupayaan kawalan kekotoran doping adalah lemah. Oleh itu, kebolehulangan antara kelompok dan antara substrat InSb dalam kelompok yang sama adalah agak lemah, dan kawalan keseragaman resapan tatasusunan kawasan besar adalah lemah; terdapat resapan sisi yang serius semasa pemasukan menegak unsur-unsur kekotoran ke dalam bahan, seperti yang ditunjukkan dalam rajah 1. Oleh itu, dalam penyediaan cip fotosensitif tatasusunan kawasan InSb, biasanya perlu menggunakan teknik goresan basah atau goresan kering. teknik untuk menyediakan susunan satah fokus simpang mesa (FPA).

Rajah 1 Gambarajah Kesan Resapan Lateral

2. Proses Implantasi Ion

Proses implantasi ion lahir daripada keperluan untuk persimpangan PN berprestasi lebih tinggi. Proses implantasi mengionkan unsur kekotoran menjadi zarah bertenaga tinggi melalui komponen sumber ion peralatan, dan menanam ion tenaga tinggi dengan tenaga tinggi sehingga kilogram dan trilion ke dalam bahan substrat melalui saluran paip seperti tiub pecutan, supaya menyedari doping komponen bahan dan mengubah sifat bahan. Dari proses realisasi proses dan prinsip proses dapat diketahui bahawa dalam proses doping bahan substrat dalam proses resapan, kepekatan doping pada permukaan bahan adalah yang paling tinggi. Apabila kedalaman doping semakin mendalam, kepekatan doping secara beransur-ansur berkurangan, dan proses resapan menjadi persimpangan berperingkat. Semasa proses pembentukan simpang proses implantasi, zarah tenaga tinggi dihalang oleh nukleus dan elektron internuklear selepas ditanam ke dalam bahan substrat, dan secara beransur-ansur melambatkan dan kekal pada kedalaman tertentu. Implan kepekatan tertinggi di lokasi dalam julat implan selain permukaan bahan substrat. Pengagihan unsur implan agak tertumpu, dan simpang PN yang terbentuk adalah struktur simpang mendadak. Jika proses direka bentuk dengan betul, persimpangan PN dengan prestasi cemerlang boleh diperoleh dan arus hingar peranti boleh dikurangkan.

Rajah 2 Gambarajah Skema Implantasi Ion

Untuk penyediaan cip fotosensitif inframerah berasaskan InSb, kelebihan proses implantasi ion ialah tenaga dan dos implantasi boleh dikawal secara bebas, dan kuantiti dan kedalaman kekotoran yang diimplan boleh dikawal dengan tepat, supaya mencapai tahap yang sangat rendah dan cetek. implantasi simpang. Kekotoran yang ditanam hampir menegak ke dalam bahan asas mengikut corak topeng, dan tidak akan ada resapan sisi yang serius; peralatan ini sangat automatik, yang boleh mencapai doping seragam di kawasan yang luas, dengan kebolehulangan yang baik, memastikan ketepatan dan kebolehulangan doping. Satu kekotoran boleh dipilih dengan tepat untuk memastikan ketulenan unsur doping. Berbanding dengan proses resapan, proses implantasi ion tidak memerlukan rawatan suhu tinggi, dan masa proses adalah lebih pendek daripada proses resapan, yang boleh meningkatkan kecekapan pengeluaran cip fotosensitif InSb dengan berkesan.

Memandangkan kelebihan penggabungan doping menegak implantasi ion, struktur cip fotosensitif tatasusunan kawasan yang dipadankan dengan proses implantasi ion secara amnya adalah struktur simpang satah. Proses implantasi ion digabungkan dengan struktur simpang planar mempunyai kelebihan berikut:

1) Kurangkan langkah-langkah proses seperti fotolitografi, kakisan, dan proses goresan yang terlibat dalam pengasingan piksel;

2) Integriti tatasusunan permukaan fotosensitif adalah lebih baik, buih tidak mudah muncul dalam proses penyambungan dan pendispensan kemudian, dan keupayaan tindak balas tekanan lebih kuat dalam proses pengisaran, penggilap dan penipisan;

3) Tidak perlu menyediakan struktur alur untuk mencapai pengasingan piksel, yang boleh mengurangkan jarak pusat piksel dan mengurangkan saiz cip tatasusunan kawasan InSb. Oleh itu, saiz struktur sokongan Dewar dan penyejukan dikurangkan, dan penggunaan kuasa serta kos dikurangkan.

3. Proses Epitaksi InSb

Berdasarkan prestasi yang dipamerkan oleh filem epitaxial semasa, epitaxy ialah teknologi fabrikasi tatasusunan satah fokus InSb yang menjanjikan. Pertumbuhan epitaxial ialah teknologi penyediaan untuk mengembangkan lapisan kristal tunggal baharu mengikut orientasi kristal asal pada substrat InSb kristal tunggal yang permukaannya telah diproses dengan teliti pada suhu yang lebih rendah daripada takat lebur kristal. Ciri penting teknologi epitaxial ialah semasa penyediaan lapisan kristal epitaxial InSb, kepekatan kekotoran dalam lapisan boleh dilaraskan dengan mengawal kandungan kekotoran dalam tindak balas, yang tidak dipengaruhi oleh jenis substrat dan tahap doping kekotoran. . Oleh itu, apabila simpang PN dibentuk oleh teknik ini, taburan kekotoran boleh hampir dengan pengedaran kekotoran mendadak yang ideal. Kaedah proses epitaksi yang biasa digunakan termasuk MBE, MOCVD, LPE dan MSE dll.

Rajah 3 Rajah Skema Prinsip Pertumbuhan Lapisan Epitaxial MBE

Proses epitaxial boleh menyediakan struktur peranti yang lebih maju. Kelebihan teknologi epitaxial ialah jenis kekonduksian semikonduktor tumbuh boleh dikawal atas permintaan semasa proses penghabluran epitaxial InSb, dan jumlah doping kekotoran boleh diselaraskan pada bila-bila masa. Ia mempunyai pertumbuhan seragam, doping in-situ, kawalan masa nyata, dan tidak perlu dikurangkan Oleh kerana kelebihan penipisan dan kelebihan lain, struktur peranti yang berbeza boleh direka dan direka dengan mengawal parameter peranti dalam proses epitaksi, supaya untuk merealisasikan fabrikasi peranti kerja suhu tinggi dan peranti kerja jalur dwi-polikromatik.

Memandangkan proses epitaxial menggunakan kaedah pertumbuhan cip keseluruhan, ia hanya boleh digunakan untuk penyediaan peranti struktur persimpangan mesa.

Untuk maklumat lebih lanjut, sila hubungi kami melalui e-mel di sales@ganwafer.com dan tech@ganwafer.com.