The influence of the structure of guard rings on the dark currents of silicon p-i-n photodiodes

М.С. Кукурудзяк

doi:10.15330/pcss.24.4.603-609

Автор(и)

М.С. Кукурудзяк Акціонерне товариство «Центральне конструкторське бюро Ритм», Україна, Чернівці; Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, Україна, Чернівці

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.4.603-609

Ключові слова:

кремній, фотодіод, темновий струм, охоронне кільце

Анотація

У статті досліджено вплив структури системи охоронних кілець (ОК) на темнові струми чутливих елементів (ФЧЕ) та власне охоронних кілець кремнієвих 4-елементних p-i-n фотодіодів (ФД). Зразки виготовлені на основі p-кремнію за планарною технологією. Виготовлено зразки з одним, двома та трьома ОК. Було встановлено, що збільшення кількості n⁺-ОК не зменшує темновий струм ФЧЕ. Але зі збільшенням кількості n⁺-ОК збільшується ймовірність крайового пробою n⁺-p-переходу в областях виходу гетеропереходу ОК на поверхню. Зменшити рівні темнового струму ФЧЕ та ОК можна шляхом поєднання захисних областей n⁺- та p⁺-, де р⁺-ОК є областю обмеження каналів витоку темнового струму, ізотипних з матеріалом підкладки. ФД виконано з p⁺-ОК по периферії кристала у вигляді концентричного кільця, а також з p⁺-областю по всій периферії кристала. Це дозволяє знизити рівень темнового струму n⁺-ОК за рахунок зменшення площі збору носіїв заряду з поверхні. Але істотного зменшення темнового струму ФЧЕ в таких випадках не спостерігалося. Нами запропоновано здійснювати дифузію бору в проміжках між ФЧЕ та між ФЧЕ та n⁺-ОК.

Посилання

M.S. Kukurudziak, Influence of Surface Resistance of Silicon p-i-n Photodiodes n+-Layer on their Electrical Parameters, Physics and chemistry of solid state, 23(4), 756 (2022); https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.756-763.

M.S. Kukurudziak, Formation of Dislocations During Phosphorus Doping in the Technology of Silicon p-i-n Photodiodes and their Influence on Dark Currents, Journal of nano- and electronic physics, 14(4), 04015(6сс) (2022); https://doi.org/10.21272/jnep.14(4).04015.

Zi S.: Semiconductor physics. Moscow, Mir (1984) [in Russian].

V.M. Lytvynenko, I.M. Vikulin, Influence of surface properties on reverse characteristics of semiconductor devices, Bulletin of the Kherson National Technical University, (1), 46 (2018) [in Ukrainian].

Yu.O. Kruglyak, M.V. Strikha, Physics of nanotransistors: gate voltage, surface potential, and mobile electronic charge in bulk MOS and thin SOI, Sensor electronics and microsystem technologies, 16(2), 5 (2019); https://doi.org/10.18524/1815-7459.2019.2.171224 5.

M.S. Kukurudziak, 1064 nm wavelength p-i-n photodiode with low influence of periphery on dark currents. Journal of nano- and electronic physics, 14(1), 01023(4pp), (2022); https://doi.org/10.21272/jnep.14(1).01023.

M.M. Atalla, E. Tannenbaum, E.J. Scheibner, Stabilization of Silicon Surfaces by Thermally Grown Oxides, Bell System Tech. J. 38, 749 (1959).

N. L. Lagunovych, Optimization of the design of guard rings and the specific resistance of the epitaxial film of a powerful n-channel DMOP transistor, Bulletin of the National Academy of Sciences of Belarus. Series of physical and technical sciences. 65(1), 97 (2020); https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-1-97-103 [in Russian].

B.S. Avset, The effect of metal field plates on multiguard structures with floating p+ guard rings, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. 377(2–3), 397 (1996); https://doi.org/10.1016/0168- 9002(96)00194-5.

N.N. Korytko, V.B. Zalessky, V.S. Malyshev, V.V. Khatko, Simulation of the design of avalanche photodiodes with guard regions for recording low-power light fluxes, Instruments and measurement methods, 1(2), 32 (2011) [in Russian].

Driche, Khaled, et al. Electric field distribution using floating metal guard rings edge-termination for Schottky diodes, Diamond and Related Materials, 82, 160 (2018); https://doi.org/10.1016/j.diamond.2018.01.016.

F. Rezaei, Dehghan Nayeri, F., Rezaeian, A. A novel design of a silicon PIN diode for increasing the breakdown voltage, IET Circuits, Devices & Systems, 16(6), 491 (2022); https://doi.org/10.1049/cds2.12120.

I.B. Chistokhin, K.B. Fritsler, Influence of getter formation conditions in high-resistance silicon on the characteristics of PIN photodiodes, JTP Letters, 46(21), 11 (2020); https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.21.50188.18455 [in Russian].

Data Sheet YAG-555-4. Electronic resource. Access mode: https://www.excelitas.com/product/yag-555-4-series-quadrant-photodiodes-si-pin-141-mm.

Data Sheet QP154-Q. Electronic resource. Access mode: https://www.first-sensor.com/en/products/optical-sensors/detectors/quadrant-pin-photodiodes-qp/.

S.W. Glunz, F. Feldmann, SiO2 surface passivation layers–a key technology for silicon solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells, 185, 260 (2018); https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.04.029.

M.S. Kukurudziak, E.V. Maistruk. Features of Diffusion Doping and Boron Gettering of Silicon p-i-n Photodiodes, 2022 IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek), 1 (2022); https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916420.

G.P. Gaidar, Effect of different modes of heat treatment on the Hall parameters and lifetime of charge carriers of transmutationally doped silicon crystals, Journal of physical research, 22(4), 4601 (2018);. https://doi.org/10.30970/jps.22.4601 [in Ukrainian].

T. M. B.agaev, A. A. Abdreymov, Modeling microplasmas pn junction. EPRA International Journal of Multidisciplinary Research (IJMR), 8(6), 139 (2022); http://dx.doi.org/10.36713/epra2013.

V. Jeyaselvan, S.K. Selvaraja, Lateral Dopant Diffusion Length Measurements Using Silicon Microring Resonators, IEEE Photonics Technology Letters. 30(24), 2163 (2018); https://doi.org/10.1109/LPT.2018.2879574.