Como fazer a junção PN do chip fotossensível InSb?

insb wafer

Como fazer a junção PN do chip fotossensível 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/; ou envie suas dúvidas parasales@ganwafer. com. Como um material semicondutor de bandgap direto, o InSb tem pequena massa efetiva de elétrons, alta mobilidade e band gap estreito (0,17eV a 300K e 0,23eV a 77K). Em baixa temperatura, InSb tem um alto coeficiente de absorção para luz infravermelha (~1014cm-1), uma eficiência quântica maior ou igual a 80% e uma alta mobilidade de portadora (un~105cm2∙V-1∙s-1)

Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de detecção de infravermelho, os chips fotossensíveis baseados em materiais InSb passaram pelo processo de desenvolvimento de chips unitários a chips de múltiplos elementos, line array e area array. Após o processo de interconexão flip-chip, o chip fotossensível e o circuito de processamento de sinal são combinados e colocados no plano focal do sistema óptico, que constitui o componente central da detecção do sinal infravermelho. Na realização da conversão fotoelétrica, o desempenho do chip fotossensível InSb é um dos principais fatores que determinam o nível de detecção do detector de plano focal. Na preparação do chip fotossensível de matriz de área InSb, a qualidade da junção PN e o isolamento efetivo das unidades de pixel fotossensíveis são as chaves principais para a preparação do chip de matriz de área. Entre eles, o processo de preparação da junção PN é dividido em um processo de difusão, um processo de implantação iônica e um processo de epitaxia, que são tecnologias convencionais para a fabricação do detector infravermelho InSb. Para diferentes técnicas de fabricação de junção PN, as técnicas de fabricação de estrutura de matriz de superfície correspondentes também são diferentes. A tecnologia de fabricação do chip fotossensível é introduzida de acordo com os processos de preparação de junção PN.

1. Processo de Difusão Térmica

O processo de difusão térmica é o primeiro método de processo desenvolvido e maduro. O princípio do processo é obter energia suficiente para que os átomos do elemento de dopagem entrem no cristal de antimonito de índio e ocupem as lacunas da rede através do método de aquecimento a alta temperatura, de modo a realizar a dopagem do elemento e modificação do material. A tecnologia do processo de difusão é madura e o equipamento é simples, mas a capacidade de controle de impurezas de dopagem é pobre. Portanto, a repetibilidade entre lotes e entre substratos de InSb no mesmo lote é relativamente pobre, e o controle de uniformidade de difusão de matriz de grande área é pobre; há uma grave difusão lateral durante a incorporação vertical de elementos de impureza no material, conforme mostrado na figura 1. Portanto, na preparação de um chip fotossensível de array de área de InSb, geralmente é necessário usar uma técnica de ataque úmido ou ataque seco técnica para preparar uma matriz de plano focal de junção mesa (FPA).

Effect Diagram of Lateral Diffusion

Fig. 1 Diagrama de Efeito da Difusão Lateral

2. Processo de Implantação de Íons

O processo de implantação iônica nasceu da necessidade de junções PN de maior desempenho. O processo de implantação ioniza os elementos de impureza em partículas de alta energia através dos componentes da fonte de íons do equipamento, e implanta íons de alta energia com alta energia de até quilogramas e trilhões no material do substrato através de tubulações como tubos de aceleração, de modo a realizar a dopagem dos componentes do material e alterar as propriedades do material. Pode ser conhecido a partir do processo de realização do processo e do princípio do processo que no processo de dopagem do material de substrato no processo de difusão, a concentração de dopagem na superfície do material é a mais alta. À medida que a profundidade de dopagem se aprofunda, a concentração de dopagem diminui gradualmente e o processo de difusão torna-se uma junção graduada. Durante o processo de formação de junção do processo de implantação, as partículas de alta energia são impedidas por núcleos e elétrons internucleares após serem implantadas no material substrato, e desaceleram gradualmente e permanecem em uma certa profundidade. Implante a concentração mais alta em um local na faixa do implante que não seja a superfície do material do substrato. A distribuição dos elementos implantados é relativamente concentrada, e a junção PN formada é uma estrutura de junção abrupta. Se o processo for projetado corretamente, pode-se obter uma junção PN com excelente desempenho e reduzir a corrente de ruído do dispositivo.

Ion Implantation

Fig. 2 Diagrama Esquemático de Implantação de Íons

Para a preparação de chips fotossensíveis infravermelhos baseados em InSb, a vantagem do processo de implantação de íons é que a energia e a dose de implantação podem ser controladas livremente, e a quantidade e a profundidade das impurezas implantadas podem ser controladas com precisão, de modo a atingir níveis extremamente baixos e rasos. implantação da junção. As impurezas implantadas são incidentes quase verticalmente no material base de acordo com o padrão da máscara, e não haverá difusão lateral séria; o equipamento é altamente automatizado, o que permite obter uma dopagem uniforme em uma grande área, com boa repetibilidade, garantindo a precisão e repetibilidade da dopagem. Uma única impureza pode ser selecionada com precisão para garantir a pureza do elemento de dopagem. Comparado com o processo de difusão, o processo de implantação iônica não requer tratamento de alta temperatura e o tempo de processo é menor que o processo de difusão, o que pode efetivamente melhorar a eficiência de produção de chips fotossensíveis de InSb.

Tendo em vista as vantagens da colimação de dopagem vertical de implantação iônica, a estrutura do chip fotossensível de matriz de área combinada com o processo de implantação iônica é geralmente uma estrutura de junção planar. O processo de implantação iônica combinado com a estrutura da junção planar tem as seguintes vantagens:

1) Reduzir etapas do processo, como fotolitografia, corrosão e processos de gravação envolvidos no isolamento de pixels;

2) A integridade da matriz de superfície fotossensível é melhor, as bolhas não são fáceis de aparecer no processo de interconexão e dispensação posterior, e a capacidade de resposta ao estresse é mais forte no processo de moagem, polimento e desbaste;

3) Não há necessidade de preparar uma estrutura de ranhura para obter o isolamento de pixel, o que pode reduzir a distância do centro do pixel e reduzir o tamanho do chip de matriz de área InSb. Assim, o tamanho da estrutura Dewar e refrigeração de suporte é reduzido, e o consumo de energia e o custo são reduzidos.

3. Processo de Epitaxia InSb

A julgar pelo desempenho exibido pelos filmes epitaxiais atuais, a epitaxia é uma tecnologia de fabricação de matriz de plano focal de InSb promissora. O crescimento epitaxial é uma tecnologia de preparação de crescimento de uma nova camada de cristal único de acordo com a orientação do cristal original em um substrato de InSb de cristal único cuja superfície foi cuidadosamente processada a uma temperatura inferior ao ponto de fusão do cristal. Uma característica importante da tecnologia epitaxial é que durante a preparação da camada de cristal epitaxial de InSb, a concentração de impurezas na camada pode ser ajustada controlando o teor de impurezas na reação, que não é afetado pelo tipo de substrato e pelo nível de dopagem de impurezas. . Portanto, quando a junção PN é formada por esta técnica, a distribuição de impureza pode estar próxima da distribuição ideal de impureza abrupta. Os métodos de processo de epitaxia comumente usados ​​incluem MBE, MOCVD, LPE e MSE etc.

Growth Principle of MBE Epitaxial Layer

Fig. 3 Diagrama Esquemático do Princípio de Crescimento da Camada Epitaxial MBE

O processo epitaxial pode fornecer estruturas de dispositivos mais avançadas. A vantagem da tecnologia epitaxial é que o tipo de condutividade do semicondutor crescido pode ser controlado sob demanda durante o processo de cristalização epitaxial de InSb, e a quantidade de dopagem de impurezas pode ser ajustada a qualquer momento. Possui crescimento uniforme, dopagem in-situ, controle em tempo real e não há necessidade de redução Devido às vantagens de magreza e outras vantagens, diferentes estruturas de dispositivos podem ser projetadas e fabricadas controlando os parâmetros do dispositivo no processo de epitaxia, de modo que para realizar a fabricação de dispositivos de trabalho de alta temperatura e dispositivos de trabalho de banda dupla policromática.

Como o processo epitaxial adota o método de crescimento de chip inteiro, ele só pode ser usado para a preparação de dispositivos de estrutura de junção mesa.

Para obter mais informações, entre em contato conosco pelo e-mail sales@ganwafer. com e tech@ganwafer. com.

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