InSb Işığa Duyarlı Çipin PN Bağlantısı Nasıl Yapılır?
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/; veya sorularınızı şu adrese gönderin:sales@ganwafer.com. Doğrudan bant aralıklı bir yarı iletken malzeme olarak InSb, küçük elektron etkili kütleye, yüksek hareketliliğe ve dar bant aralığına sahiptir (300K'da 0,17eV ve 77K'da 0,23eV). Düşük sıcaklıkta InSb, kızılötesi ışık için yüksek bir absorpsiyon katsayısına sahiptir (~1014santimetre-1), %80'e eşit veya daha büyük bir kuantum verimliliği ve yüksek bir taşıyıcı hareketliliği (un~105santimetre2∙V-1∙s-1).
Kızılötesi algılama teknolojisinin sürekli gelişimi ile InSb malzemelerine dayalı ışığa duyarlı yongalar, birim yongalardan çok elemanlı, çizgi dizilimli ve alan dizili yongalara kadar geliştirme sürecini deneyimlemiştir. Flip-chip ara bağlantı sürecinden sonra, ışığa duyarlı çip ve sinyal işleme devresi birlikte birleştirilir ve kızılötesi sinyal algılamanın temel bileşenini oluşturan optik sistemin odak düzlemine yerleştirilir. Fotoelektrik dönüşümün gerçekleştirilmesinde, InSb ışığa duyarlı çipin performansı, odak düzlemi dedektörünün algılama seviyesini belirleyen temel faktörlerden biridir. InSb alan dizisi ışığa duyarlı çipinin hazırlanmasında, PN bağlantısının kalitesi ve ışığa duyarlı piksel birimlerinin etkin izolasyonu, alan dizisi çipinin hazırlanmasında temel anahtarlardır. Bunlar arasında, PN bağlantısının hazırlanma süreci, InSb kızılötesi dedektörü imal etmek için ana teknolojiler olan bir difüzyon işlemi, bir iyon implantasyon işlemi ve bir epitaksi işlemine ayrılır. Farklı PN bağlantı imalat teknikleri için, karşılık gelen yüzey dizisi yapısı imalat teknikleri de farklıdır. Işığa duyarlı çipin üretim teknolojisi, PN bağlantı hazırlama işlemlerine göre tanıtılmaktadır.
1. Termal Difüzyon Süreci
Termal difüzyon prosesi, ilk geliştirilen ve olgun proses metodudur. Prosesin prensibi, element dopingini ve malzeme modifikasyonunu gerçekleştirmek için doping element atomlarının indiyum antimonid kristaline girmesi ve kafes boşluklarını yüksek sıcaklıkta ısıtma yöntemiyle işgal etmesi için yeterli enerjiyi elde etmektir. Difüzyon proses teknolojisi olgun ve ekipman basittir, ancak doping safsızlıklarının kontrol kabiliyeti zayıftır. Bu nedenle, aynı serideki seriler arasında ve InSb substratları arasında tekrarlanabilirlik nispeten zayıftır ve geniş alanlı dizi difüzyonunun tekdüzelik kontrolü zayıftır; Şekil 1'de gösterildiği gibi, katışkı elementlerinin malzemeye dikey olarak eklenmesi sırasında ciddi yanal difüzyon vardır. Bu nedenle, bir InSb alan dizisi ışığa duyarlı çipin hazırlanmasında, genellikle bir ıslak dağlama tekniği veya kuru bir dağlama kullanmak gereklidir. mesa eklemli odak düzlemi dizisi (FPA) hazırlama tekniği.
Şekil 1 Yanal Difüzyonun Etki Şeması
2. İyon İmplantasyon Süreci
İyon implantasyon süreci, daha yüksek performanslı PN bağlantılarına duyulan ihtiyaçtan doğmuştur. İmplantasyon işlemi, ekipmanın iyon kaynağı bileşenleri aracılığıyla kirlilik elementlerini yüksek enerjili parçacıklara iyonize eder ve hızlandırma tüpleri gibi boru hatları aracılığıyla alt tabaka malzemesine kilogram ve trilyonlara kadar yüksek enerjili yüksek enerjili iyonları implante eder. malzeme bileşenlerinin katkısını gerçekleştirir ve malzeme özelliklerini değiştirir. Difüzyon işleminde substrat malzemesinin doping işleminde, malzemenin yüzeyindeki doping konsantrasyonunun en yüksek olduğu işlem gerçekleştirme işlemi ve işlem ilkesinden bilinebilir. Doping derinliği derinleştikçe, doping konsantrasyonu kademeli olarak azalır ve difüzyon süreci kademeli bir bağlantı haline gelir. İmplantasyon işleminin bağlantı oluşturma işlemi sırasında, yüksek enerjili parçacıklar, substrat malzemesine implante edildikten sonra çekirdekler ve çekirdekler arası elektronlar tarafından engellenir ve kademeli olarak yavaşlar ve belirli bir derinlikte kalır. En yüksek konsantrasyonu, substrat malzemesinin yüzeyi dışında implant aralığındaki bir konuma implante edin. İmplante edilmiş elemanların dağılımı nispeten yoğundur ve oluşturulan PN bağlantısı ani bir bağlantı yapısıdır. Proses uygun şekilde tasarlanırsa, mükemmel performansa sahip bir PN bağlantısı elde edilebilir ve cihazın gürültü akımı azaltılabilir.
Şekil 2 İyon İmplantasyonunun Şematik Diyagramı
InSb tabanlı kızılötesi ışığa duyarlı çiplerin hazırlanması için, iyon implantasyon işleminin avantajı, implantasyon enerjisinin ve dozunun serbestçe kontrol edilebilmesi ve implante edilen safsızlıkların miktarı ve derinliğinin son derece düşük ve sığ elde etmek için hassas bir şekilde kontrol edilebilmesidir. kavşak implantasyonu. İmplante edilen safsızlıklar, maske modeline göre taban malzemesine neredeyse dikey olarak gelir ve ciddi bir yanal difüzyon olmayacaktır; ekipman, geniş bir alanda tek tip doping elde edebilen, iyi tekrarlanabilirlik ile dopingin doğruluğunu ve tekrarlanabilirliğini sağlayan son derece otomatiktir. Doping elemanının saflığını sağlamak için tek bir safsızlık doğru bir şekilde seçilebilir. Difüzyon işlemi ile karşılaştırıldığında, iyon implantasyon işlemi yüksek sıcaklık işlemi gerektirmez ve işlem süresi difüzyon işleminden daha kısadır, bu da InSb ışığa duyarlı çiplerin üretim verimliliğini etkili bir şekilde artırabilir.
İyon implantasyonunun dikey doping kolimasyonunun avantajları göz önüne alındığında, iyon implantasyon işlemiyle eşleşen alan dizisi ışığa duyarlı çipin yapısı genellikle düzlemsel bir bağlantı yapısıdır. Düzlemsel bağlantı yapısı ile birleştirilen iyon implantasyon işlemi aşağıdaki avantajlara sahiptir:
1) Piksel izolasyonunda yer alan fotolitografi, korozyon ve aşındırma işlemleri gibi işlem adımlarını azaltın;
2) Işığa duyarlı yüzey dizisinin bütünlüğü daha iyidir, daha sonraki ara bağlantı ve dağıtma sürecinde kabarcıkların ortaya çıkması kolay değildir ve öğütme, cilalama ve inceltme sürecinde stres tepkisi yeteneği daha güçlüdür;
3) Piksel merkez mesafesini azaltabilen ve InSb alan dizisi çipinin boyutunu azaltabilen piksel izolasyonu elde etmek için bir oluk yapısı hazırlamaya gerek yoktur. Böylece, destekleyici Dewar ve soğutma yapısının boyutu küçülür ve güç tüketimi ve maliyeti azalır.
3. InSb Epitaksi Süreci
Mevcut epitaksiyel filmlerin sergilediği performansa bakıldığında, epitaksi gelecek vaat eden bir InSb odak düzlemi dizisi üretim teknolojisidir. Epitaksiyel büyüme, yüzeyi kristalin erime noktasından daha düşük bir sıcaklıkta dikkatlice işlenmiş tek kristal InSb substrat üzerinde orijinal kristal oryantasyonuna göre yeni bir tek kristal katmanı büyütmeye yönelik bir hazırlama teknolojisidir. Epitaksiyel teknolojinin önemli bir özelliği, InSb epitaksiyel kristal tabakasının hazırlanması sırasında, tabakadaki safsızlık konsantrasyonunun, substrat türünden ve safsızlık doping seviyesinden etkilenmeyen reaksiyondaki safsızlık içeriği kontrol edilerek ayarlanabilmesidir. . Bu nedenle, PN eklemi bu teknikle oluşturulduğunda, safsızlık dağılımı ideal ani safsızlık dağılımına yakın olabilir. Yaygın olarak kullanılan epitaksi işlem yöntemleri arasında MBE, MOCVD, LPE ve MSE vb. bulunur.
Şekil 3 MBE Epitaksiyel Tabakanın Büyüme Prensibinin Şematik Diyagramı
Epitaksiyel işlem daha gelişmiş cihaz yapıları sağlayabilir. Epitaksiyel teknolojinin avantajı, büyütülen yarı iletkenin iletkenlik tipinin InSb epitaksiyel kristalizasyon işlemi sırasında talep üzerine kontrol edilebilmesi ve safsızlıkların katkı miktarının herhangi bir zamanda ayarlanabilmesidir. Düzgün büyüme, yerinde doping, gerçek zamanlı kontrol ve azaltmaya gerek yok İncelik ve diğer avantajlardan dolayı, epitaksi işleminde cihaz parametreleri kontrol edilerek farklı cihaz yapıları tasarlanabilir ve üretilebilir. yüksek sıcaklıkta çalışma cihazlarının ve çift polikromatik bant çalışma cihazlarının imalatını gerçekleştirmek.
Epitaksiyel işlem tüm çip büyütme yöntemini benimsediğinden, yalnızca mesa bağlantı yapısı cihazlarının hazırlanması için kullanılabilir.
Daha fazla bilgi için lütfen adresinden bize e-posta gönderin sales@ganwafer.com ve tech@ganwafer.com.
