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

В ходе выполнения 2 этапа проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 27 июня 2014 г. № 14.575.21.0051 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2015 г по 30.06.2015 г выполнялись следующие работы:

  • Изготовление измерительного стенда для проверки параметров экспериментальных образцов автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры
  • Разработка методики исследований экспериментальных образцов автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры
  • Разработка конструктивно-технологических методов создания экспериментальных образцов автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры
  • Разработка эскизной конструкторской документации на экспериментальные образцы автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры
  • Разработка технологического маршрута изготовления экспериментальных образцов автономного источника питания на основе радиоизотопных материалов и кремниевой p-i-n структуры.

При этом были получены следующие результаты:

  • В ходе выполнения второго этапа ПНИ проведена разработка и сбор измерительного стенда для проверки параметров автономного источника питания, стенд соответствует требуемым параметрам.
  • Для определения значений основных параметров экспериментальных образцов автономного радиационно-стимулированного источника питания на измерительном стенде были разработаны программа и методика исследований, включающие в себя измерения вольт-амперных характеристик, темнового тока, тока короткого замыкания и напряжения холостого хода.

В результате анализа конструктивно-технологических методов создания рельефной структуры на кремнии установлено следующее:

  • Жидкостные методы травления являются более простыми, быстрыми и доступными способами получения микроканального кремния. Однако у этого способа есть недостаток, связанный с чистотой процесса и типом подложки, так для пластин n типа проводимости необходимы дополнительные усилия для возникновения на границе раздела полупроводник-электролит положительных зарядов, которые могут быть получены дополнительной засветкой пластин. Установлено что, формирование вертикальных каналов анодным методом травления невозможно на пластинах с ориентацией 111, так как каналы формируются по кристаллографическим осям и формируются в виде перевернутых «елей».
  • Сухие методы травления являются более дорогими и долгими по процессу травления, однако травление осуществляется перпендикулярно поверхности вплоть до удаления моноатомного слоя. Главное достоинство сухих методов состоит в том, что они травят независимо от ориентации кристалла — вертикально вниз от поверхности в пределах маски, всегда создаются прямоугольные каналы и вертикальные стенки. Однако стенки при таких процессах могут быть не идеально гладкими. Волнистость возникает из-за чередования шагов травления и пассивации, хоть порядок волнистости субмикронный, она является неотъемлемой частью процесса.
  • Таким образом, для изготовления экспериментальных образцов автономного источника питания, возможно, использовать сухие и жидкостные методы травления вертикальных микроканалов в кремнии.
  • Была разработана эскизная конструкторская документация автономного источника питания на основе кремниевой p-i-n структуры.
  • Разработан технологический маршрут изготовления экспериментальных образцов автономного источника питания на основе кремниевой p-i-n структуры.Были отработаны режимы создания микроканалов двумя методами травления: анодное травление и плазмохимическое травление (Bosh процесс).
  • Было установлено, что при травлении макропор анодным методом в кремнии p-типа с сопротивлением от 20 до 1000 Ом×см диаметр формирующихся пор остается постоянным для всех плотностей тока. Однако толщина стенок кремния между порами и, следовательно, плотность пор зависят от плотности тока.
  • На основе полученных экспериментальных данных был отработан процесс создания неупорядоченных пор оптимальных по геометрическим размерам на пластине р- типа проводимости, легированной бором, удельное сопротивление ρv = 1000 Ом×см, ориентация поверхности пластин (100), использовался раствор плавиковой кислоты в диметилформамиде HF:DMF=1:9, плотность тока травления составила 4,72 мА/см2 травление проводилось в течении 285 минут при температуре 23 0С.
  • При отработке Bosch-процесса на установке «Плазмаком-203» были найдены технологические режимы получения кремниевых пор глубиной до 20 мкм с углом наклона стенок (89-90) градусов. На образцах наблюдалась шероховатость стенок, для кремниевого кристалла с ориентацией (100) она составляла около 0,05 мкм. Скорость травления колебалась от 1 до 3 мкм/мин.
  • Был отработан процесс создания мелкозалегающего p-n перехода на планарных образцах и на образцах с неупорядоченной пористой структурой, глубина залегания по оценочным данным составляет около 400 нм.
  • Таким образом, были сформированы неупорядоченные пористые структуры методом анодного травления, в каналах которых был создан p-n переход.
Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»Директор Института биомедицинской инженерии Фёдор Сенатов на визионерской сессии «Прекрасное не далеко. Квантовый мир завтрашнего дня»