p-i-n фотодіод із захисним кільцем p+

В даній роботі представлено розробку та аналіз одноелементного кремнієвого p-i-n фотодіода з охоронним кільцем p+-типу, ізотопно подібним до підкладки. Запропоноване конструктивне рішення спрощує процес виготовлення, забезпечує кращу стабільність параметрів і зменшує вплив поверхневих інверсійних каналів на темновий струм та чутливість приладу. Вихідним матеріалом був монокристалічний кремній p-типу з орієнтацією 111, високого питомого опору (18 – 22 кΩ·см), без дислокацій. Технологія виготовлення приладу ґрунтувалася на дифузійно-планарному процесі й включала послідовне формування охоронного p+ кільця та світлочутливої n+ області. Попереднє моделювання дифузійних процесів підтвердило відсутність перехресного легування між областями, виявило залежність профілів концентрації домішок від глибини, а також дозволило оцінити перерозподіл домішки на межі розділу матеріалів під час термічного окиснення та його подальші зміни на стадії дифузії. Експериментальні дослідження включали вимірювання ВАХ темнового струму та фотоструму при різних довжинах хвиль, а також визначення спектральної чутливості. Досліджуваний фотодіод продемонстрував пікову чутливість у діапазоні 950 – 970 нм із квантовою ефективністю (QE), значення якої наближається до 0.9, тоді як на довжині хвилі YAG-лазера значення QE зменшилося приблизно до 0.4. Повне збіднення області просторового заряду по всій товщині підкладки спостерігалося при Ubias  − 100 В. За цієї напруги часи наростання та спаду сигналу насичувалися на мінімальних значеннях (rise  35 – 45 нс, fall  40 – 45 нс) без подальшого зменшення при більших напругах зміщеннях. Отримані дані підтверджують високий потенціал фотодіода для впровадження в оптоелектронних системах. Поєднання високої квантової ефективності, малої тривалості відгуку та стабільності параметрів робить його перспективним для застосування у сфері лазерного детектування, високоточного вимірювання та телекомунікацій.