Elektronika 2009-05.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

Architektura przyrząduDoskonalenia architektury detektorów realizowane jest poprzez:• dobór profilów składu i domieszkowania,• kształtowanie interfejsów,• korygowanie zniekształceń profilów składu,• tworzenie bibliotek wzorców architektur przyrządów.W efekcie tych działań powstają nowe wzorce architekturdetektorów MWIR i LWIR. Kluczowe znaczenie w procesie doskonaleniaarchitektury detektorów podczerwieni dla różnychzastosowań ma zrozumienie zjawisk związanych z dyfuzją domieszeki interdyfuzją podczas osadzania heterostruktur orazznajomość rzeczywistych profili składu i domieszkowania.Komponowanie heterostruktur z pojedynczych warstw bezbrania pod uwagę wzajemnego wpływu warstw na siebie skutkujenieoptymalnym funkcjonowaniem przyrządów i trudnymido wyjaśnienia problemami. Profile składu i domieszkowaniaheterostruktur otrzymano głównie z pomiarów metodą SIMS.Uzyskiwane profile składu i domieszkowania heterostruktursą porównywalne z teoretycznie założonymi profilami (rys. 4)i wynikami pomiarów parametrów fotoelektrycznych uzyskiwanychz nich przyrządów. Na podstawie tych analiz opracowywanesą plany badań i modyfikacji heterostruktur. Dlazwiększenia kontroli profili składu i domieszkowania heterostrukturobecnie wprowadzane są dwa udoskonalenia:• wprowadzenie aktywnego sterowania składem osadzanejwarstwy za pomocą reflektometru,• wprowadzenie „episonów” utrzymujących aktywnie nastawionestężenie prekursorów wprowadzanych do reaktora.Heterostruktura fotodiodowa najczęściej jest monolityczniezintegrowana z soczewką immersyjną (rys. 5), spełniającąrolę efektywnego koncentratora optycznego. W półsferycznejsoczewce immersyjnej optyczne pole powierzchni zostajezwiększone w stosunku do rzeczywistego pola powierzchnin 2 razy, gdzie n jest współczynnikiem załamania materiału soczewki.Pozwala to na radykalne zmniejszenie termicznej generacji- rekombinacji nośników i tym samym ich mocyszumów, która maleje proporcjonalnie wraz ze zmniejszaniemobjętości absorbera. Jeszcze większy (n 4 ) zysk otrzymuje siędla soczewki hiperhemisferycznej. Dla soczewki wykonanejz arsenku galu (n = 3,4) optyczne pole powierzchni zostajepowiększone o około 1 i 2 rzędy wielkości odpowiednio dlasoczewek półsferycznych i hiperpółsferycznych.Następną korzyścią z zastosowania soczewek immersyjnychjest zmniejszenie pojemności elektrycznej, która malejeproporcjonalnie ze zmniejszaniem pola powierzchni absorbera.Skutkuje to radykalnym zmniejszeniem stałej czasowejRC. Należy podkreślić, że zastosowanie soczewki immersyjnejma też pewne wady: zwiększone koszty wytwarzania orazw przypadku soczewek hiperimmersyjnych, ograniczony kątwidzenia i obniżony próg nasycenia promieniowaniem. Rozwiązaniate umożliwiają radykalne zwiększenie wykrywalnościi szybkości działania w stosunku do konwencjonalnych detektorównieimmersyjnych.Właściwości fotodetektorówFotodiody MWIRPrzykładowe spektralne charakterystyki wykrywalności i charakterystykiprądowo-napięciowe immersyjnego detektora fotowoltaicznegooptymalizowanego na 5 µm przedstawiono narys. 6 (pomiary wykonano dla różnych temperatur elementu fotoczułego).Natomiast na rys. 7 przedstawiono przykładowespektralne charakterystyki wykrywalności, oraz charakterystykęa)Rys. 4. Przykładowe porównywane profilu składu i domieszkowaniaheterostruktury otrzymanej metodą SIMS z teoretyczniezałożonymi profilamiFig. 4. Schematic composition and doping profiles for photovoltaicheterostructuresb)Rys. 5. Schematyczny przekrój zaawansowanego detektora fotowoltaicznegoHg 1-x Cd x Te z mikrosoczewką immersyjną montowanegoza pomocą techniki flip chip do podłoża szafirowego. Dlaczytelności rysunku pominięto mniej istotne szczegóły konstrukcjiFig. 5. Schematic structure of mesa photodiode integrated withGaAs microlens and flip-chip bonded to a sapphire substrateRys. 6. Spektralne charakterystyki wykrywalności oraz charakterystykiprądowo-napięciowe immersyjnego detektora fotowoltaicznegooptymalizowanego na 5 µm (PVI-3TE-5) (powierzchniaoptyczna 1 × 1 mm 2 )Fig. 6. Detectivity and current-voltage characteristics of photovoltaicdetector optimized for maximum performance at 5 µm (PVI-3TE-5, 1 × 1 mm 2 )64 ELEKTRONIKA 5/2009