PIN结光电二极管的工艺原理和制造

《PIN结光电二极管的工艺原理和制造》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、中国集成电路器件与工艺!"!!"#$%&’$()*+%(),&!#+-.’(<=>结光电二极管的工艺原理和制造!"#$!"#%&’()*+,-./01,-.$%&23456789:;<4=>?@567ABCDEFGHIJKLMNOPQRS$%&23TU=56789:VRTU=WX’SYZ[]$%&23TU=567T’(;^_‘abcAde‘afcghiTjkS!"#$%!"#$%&’()*+的"&’特性%当!"$管两端加上正向的偏压后&!"结和$"结的势垒降低&!区空穴和$区电子不断注光电探测器是一种通过光电效应探测光信号的入到"区&不断

2、复合&注入的电子和空穴使"区电导器件%而光敏二极管就是一种典型的光电探测器%光增加&呈现出低阻抗%当!"$管两端加上反向的偏压敏二极管有些类似于太阳能电池&特别是在结构上&后&耗尽层宽度变大&"区耗尽层随电压增加更快&但在设计’应用和工作状态等方面有不同之处%太阳这时的!"$管相当于一个平行板电容器%能电池不加偏置电压&在光照条件下&势垒区处于正本产品主要是应用在反向偏压下!"$结二极管偏状态&且太阳能电池需要在很宽的太阳光谱中取亮暗电流的明显变化来实现对电路的开关作用&其得较高光谱响应%而光敏二极管则是在可见光或近反向电流"(如下面的方程

3、所示%红外光波段作探测使用&通常工作在反偏状态下&以%(!%)*"+*",缩短光生载流子的传输时间&减小结电容&提高响应"-为扩散电流)%+为表面漏电)%,为势垒产生电流%速度%%,!./012#!"#结二极管就是一种最常用的光敏二极管%/0为本征载流子浓度)1为耗尽层宽度)$为有效寿开始加工的硅片是一块接近本征的单晶&称为"层&命%8它有很高的电阻率和很长的载流子寿命%但完全没在反偏压和光强为零的情况下(34561276$&有杂质的本征层是很难实现的&通常"层是高阻的电流为暗电流&如果忽略反向状态下少子扩散电流!层(称为!层$&或高阻的$

4、层(称为"层$&故实际(%-$和表面漏电流(%+$&反向电流(%($主要是势垒产!%$二极管为!!$或!"$的结构%!区和$区分别生电流(%,$%因为载流子浓度(/0$很低&所以电流(%($利用扩散或离子注入加工到硅片表面&形成阳极和很小&大约是毫微安(/9$的数量级%当施加一定色阴极%这两个极既可以做在硅片两面&也可以做在同温和强度的光照后&光子深入半导体内部&能量大于一面的不同区域%由于光敏二极管并非用于射频状禁带宽度的光子&由本征吸收在结的两边产生电子:态下&所以对特征频率和传输时间无特殊要求&因此空穴对&载流子的浓度(/0$变化很大

5、&在势垒区内较我们采用两个极做在硅片同一面的方式&这样的好强的内建场的驱使下&结两边的光生少数载流子&各处还可以增大光感应的面积&提高感应灵敏度%自向相反方向运动&从而在结内部形成光生电流%;&!"$管在低频状态下的"&’特性类似于!$结这时的电流大小约为<9量级&这就达到了我们想利!"#总第;8期$67789":""((/!012223-#-4%*3-54中国集成电路!"!器件与工艺4&.50675’8190’8:64.9-;7’用!"#结二极管亮暗电流在反向偏压下的明显变化来实现对电路开关控制的目的%!"#$%!"#$%&’()*+!"

6、$结光电二极管的基本器件剖面如图%所示5&由于7层中含有少量的$型杂质&在!#$结构中&零偏压情况下&7层没有自由载流子存在&相当于耗尽层&而且耗尽层存在于!#边界两边&且主要在8区一边%该耗尽区内存在较强的内建电场&如果5(),$%6%&785结比较浅&入射光将进入结区&甚至进入内部&如果&’(),-./’01光子能量大于禁带宽度&由本征吸收在结的两边形本文所述产品主要应用于&%’()红外波段的探成电子9空穴对&从而使少数载流子的浓度发生变测&所以必须使材料的物理特性满足较好的频谱响化&在反偏电压的作用下&光生载流子形成的电流远应&即材料

7、的响应度在该波段能达到最好%响应度*大于非光照条件下形成的暗电流&这种电流的变化为光电流与入射光功率的比值"实现对光信号的探测作用%9$<,-./!""#:$+7’’;*+++’123!"".0$为吸收系数&与光的强度无关上式中!为光波长&"为材料的量子效率%从影响响应速度的因素之一就是载流子的扩散时上式可见响应度与光波长和量子效率存在直接关间&结越浅&载流子的扩散时间越短&响应速度也就系%越快%因此&结的深度对于响应速度有着十分重要的量子效率"为每个入射光子所激发的电子空作用%穴对数&而决定量子效率"的一个重要物理量是光在$=和!=结形成

8、的同时&它们的间距>就决吸收系数&光吸收系数与光敏二极管的材料密切相定了本征区的宽度%入射光的强度与光的吸收系数关&图3显示了不同材料在不同光波波长时的量子成反比&因此相对于某种