Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка типоразмерного ряда дискретных и многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения для сканирующих, акселерометрических и гироскопических систем.

Номер контракта: 14.575.21.0018

Руководитель: Леготин Сергей Александрович

Должность: Доцент

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
фотодиод, многоэлементный элемент, профиль распределения примесных атомов, темновой ток, ионная имплантация, диффузия.

Цель проекта:
Задача проекта - разработка конструкции фотодиода, которая позволит улучшит параметры сканирующих, акселерометрических и гироскопических систем. Цель проекта - разработка типоразмерного ряда дискретных и многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения для сканирующих, акселерометрических и гироскопических систем.

Основные планируемые результаты проекта:
В работе определены условия измерения и сами критерии годности фотодиодов по темновому току, уровню сигнала и величине последовательного с p-n переходом паразитного сопротивления, которое может оцениваться по прямому падению напряжения на фотодиоде. Определены топологические и технологические решения при изготовлении кристалла, а также конструкция фотодиода, схема и технология его сборки, при которых будет обеспечено выполнение выбранных критериев.
1. Лабораторный технологический регламент изготовления тестовых образцов типоразмерного ряда многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения.
2. Топологические чертежи тестовых образцов типоразмерного ряда многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения, создать комплект фотошаблонов.
3. Тестовые образцы типоразмерного ряда (2, 4, 16, 48 площадок) многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения с различными геометрическими размерами площадок (1×1 мм, 1,4×1,4 мм, 1,5×1,5 мм);
4. Программа и методики экспериментальных исследований тестовых образцов типоразмерного ряда многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения, результаты экспериментального исследования тестовых образцов типоразмерного ряда многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения.



Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Дискретные и многоэлементные кремниевые фотодиоды фотовольтаического применения для сканирующих, акселерометрических и гироскопических систем со следующими характеристиками:
− рабочая длина волны – в диапазоне 0,4÷1,1 мкм;
− геометрические размеры площадок 1 на 1, 1,4 на 1,4 и 1,5 на 1,5 мм2;
− темновой ток на уровне 10-100 нА/мм2; − прямое падение напряжения (при токе 10 мА) - 1,2 В;
− токовая чувствительность - 10-100 мА/лм.
Пути и способы достижения заявленных результатов:
1. Использование современной приборно-технологической САПР.
2. Определение исходных материалов и профилей распределения примеси в фотодиодных структурах. 3. Разработка элементарной ячейки конструкций фотодиодной структуры.
3. Выбор технологических процессов и расчёт режимов их проведения для обеспечения изготовления фотодиодных структур.
4. Разработка технологии изготовления фотодиодных структур.
5. Изготовление тестовых образцов фотодиодной структуры на современном технологическом оборудовании.
6. Экспериментальное исследование тестовых образцов фотодиодных структур должно быть проведено на современном аналитическом оборудовании по апробированной методике.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
В настоящее время в сканирующих, акселерометрических и гироскопических системах используются фотодиоды, разработанные для применения в фотодиодном режиме при обратных смещениях (5-30) В. Такие фотодиоды часто обладают повышенным прямыми падениями напряжения из-за чего снижается их токовая чувствительность, возрастает уровень шумов и уменьшается стабильность при фотовольтаическом применении. Разработанные в рамках данного проекта технические решения позволят повысить чувствительность (на 20%), снизить темновые токи (на порядок) и уровень шумов и повысить стабильность фотодиодов.
Применение таких фотодиодов значительное улучшит параметры сканирующих, акселерометрических и гироскопических систем.

Текущие результаты проекта:
1. Изготовлены тестовые образцы элементарных ячеек (дискретный фотодиод) в количестве 10 шт.
2. Проведено исследование тестовых образцов элементарных ячеек (дискретный фотодиод). Показано, что разработанные тестовые образцы элементарных ячеек (дискретный фотодиод) удовлетворяют требованиям ТЗ.
3. Определены требования к технологическим операциям и критериям годности фотодиодов.
4. Разработан лабораторный технологический регламент изготовления тестовых образцов типоразмерного ряда многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения на основе выбранной конструкции дискретного фотодиода, рассмотрены конструкторско-технологические решения.
5. Разработаны топологические чертежи тестовых образцов типоразмерного ряда многоэле-ментных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения. На основе данных топологиче-ских чертежей был создан комплект фотошаблонов.
6. Изготовлены тестовые образцы типоразмерного ряда (2, 4, 16, 48 площадок) многоэлемент-ных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения с различными геометрическими раз-мерами площадок (1×1 мм, 1,4×1,4 мм, 1,5×1,5 мм).
7. Разработаны программы и методики экспериментальных исследований тестовых образцов типоразмерного ряда многоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения.
8. Проведены экспериментальные исследования тестовых образцов типоразмерного ряда мно-гоэлементных кремниевых фотодиодов фотовольтаического применения. Показано, что разработан-ные тестовые образцы типоразмерного ряда многоэлементных кремниевых фотодиодов удовлетво-ряют требованиям ТЗ.
9. Опубликованы 2 статьи:
- V.N Murashev, S.A. Legotin, D.S. Elnikov, S.I. Didenko, V.P. Astahov, O.I. Rabinovich, K.A. Kuzmina Silicon Photodetectors Matrix Coordinate Bipolar Functionally Integrated Structures, Journal of Nano- and Electronic Physics , Volume 6, Issue 4, 2014;
- S.U. Urchuk, S.A. Legotin, U.V. Osipov, D.S. Elnikov, S.I. Didenko, V.P. Astahov, O.I. Rabinovich, V.P. Yaromskiy and K.A. Kuzmina Spectral sensitivity characteristics simulation for silicon p-i-n Photodiode Journal of Physics: Conference Series 643 (2015) 012068.
10. Подана заявка на патент РФ:
- Леготин С.А., Мурашев В.Н., Кузьмина К.А. и т.д., Монолитный кремниевый фотоэлектрический преобразователь конструкция и способ ее изготовления, заявка на патент РФ № 2015145430 от 22.10.2015