Написати автору Метод «очищення» поверхні фоточутливих елементів кремнієвих p-i-n фотодіодів від дислокацій
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.02.182
Анотація
Досліджуючи утворення інверсійних шарів (ІШ) на межі поділу Si-SiO2 в технології виготовлення кремнієвих фотоприймачів, було виявлено деяку динаміку дислокацій після ізотермічних відпалів, яка була відсутня в зразків без інверсії. Після селективного травлення зразків з інверсійними шарами спостерігалась локалізація дислокацій по периферії фоточутлвих елементів (ФЧЕ) із скупченням на поверхні охоронних кілець (ОК) чи інших елементів топології n+-типу поза фоточутливими елементами. Це свідчило про рух дислокацій по поверхні структур Si-SiO2 з ІШ в напрямку периферії кристала під час ізотермічного відпалу, що сприяло значному зниженню густини структурних дефектів в ФЧЕ. Описане явище можна використовувати для отримання високолегованих бездефектних кремнієвих структур, оскільки наявність дислокацій чи інших порушень кристалічної ґратки негативно впливають на параметри виробів.
У випадку використання описаного явища як технологічного методу «очищення» поверхні кремнієвих структур виникає потреба в контрольованому утворенні інверсійних шарів. Одним з методів утворення ІШ може бути термічне окиснення в парах соляної кислоти за принципом сухе-вологе-сухе окиснення (для кремнію p-типу). Іншим методом, який не потребує додаткових матеріалів, є відпал структур Si-SiO2 при температурі 900-950 градусів Цельсія в атмосфері азоту тривалістю ≥ 240 хв. Інверсійні канали, під час відпалу, утворюватимуться за рахунок перерозподілу та дифузії домішок металів в оксиді (які були внесені під час попередніх термічних операцій) до межі поділу Si-SiO2.
В описаному випадку дислокації після відпалу локалізувались в ОК, яке також є активним елементом фотодіода, оскільки обмежує темновий струм ФЧЕ, відповідно темновий струм ОК повинен бути теж низьким. Для можливості реалізації даного методу, на периферії кристалів варто створювати пасивні n+-області, обмежені оксидом, які будуть місцями локалізації дефектів після відпалу. Це можуть бути як окремі області довільної форми, так і концентричне кільце за межами ОК. Елементи, які будуть місцями локалізації дефектів на периферії, можуть бути відрізані на етапі розділення підкладок на кристали.
Після проведення відпалу варто стравлювати ІШ та утворити просвітлююче покриття будь-яким відомим методом, оскільки наявність інверсійних каналів сприяє зростанню темнових струмів.
При дослідженні морфології областей локалізації дефектів після відпалу в мікроскопах з високим збільшенням та за допомогою атомно-силового мікроскопа спостерігається утворення гексагональних та круглих дефектів, які є частковими крайовими дислокаційними петлями Франка.
Механізм описаного в цій статті руху дислокацій досконало нами ще не вивчений та потребує додаткового дослідження, але він може бути пов'язаний із атмосферами Котррелла та їхньою взаємодією з ІШ.
Ключові слова
Повний текст:
Посилання
Kukurudziak M.S. Influence of Surface Resistance of Silicon p-i-n Photodiodes n+-Layer on their Electrical Parameters. Phys. Chem. Solid State. 2022. 23(4): 756. https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.756-763
Ravi K.V. Imperfections and impurities in semiconductor silicon. (New York: Wiley, 1981).
Rabier J., Pizzagalli L., Demenet J.L. Chapter 93 Dislocations in Silicon at High Stress. Dislocations in Solids. 2020. 16: 47. https://doi.org/10.1016/S1572-4859(09)01602-7
Solovyev A.A., Rybin V.V., Kulagin A.V. Influence of DC Current on Movement of Dislocations in P-Silicon Single Crystals in Field of Internal Stresses. Solid State Phenomena. 2021. 316: 975. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.316.975
Chen H., Levitas V.I., Xiong L., Zhang X. Stationary dislocation motion at stresses significantly below the Peierls stress: Example of shuffle screw and 60 dislocations in silicon. Acta Mater. 2021. 206: 116623. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116623
Naigen Zh., Wei X., Zhou L. Formation of dislocations in the growth of silicon along different crystallographic directions-A molecular dynamics study. Crystals. 2018. 8(9): 346. https://doi.org/10.3390/cryst8090346
Glunz S.W., Feldmann F. SiO2 surface passivation layers-a key technology for silicon solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2018. 185: 260. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.04.029
Kukurudziak M.S. 1064 nm wavelength p-i-n photodiode with low influence of periphery on dark currents. Journal of Nano- and Electronic Physics. 2022. 14(1): 01023. https://doi.org/10.21272/jnep.14(1).01023
Kukurudziak M.S., Maistruk E.V. Features of Diffusion Doping and Boron Gettering of Silicon pin Photodiodes. In: IEEE 3rd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). (2022, October). P. 1. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek57572.2022.9916420
Lytvynenko V.M., Vikulin I.M. Influence of surface properties on reverse characteristics of semiconductor devices. Bulletin of the Kherson National Technical University. 2018. (1): 46. [in Ukrainian].
Kruglyak Yu.O., Strikha M.V. Physics of nanotransistors: gate voltage, surface potential, and mobile electronic charge in bulk MOS and thin SOI. Sensor Electronics and Microsystem Technologies. 2019. 16(2): 5. [in Ukrainian]. https://doi.org/10.18524/1815-7459.2019.2.171224
Atalla M.M., Tannenbaum E., Scheibner E.J. Stabilization of Silicon Surfaces by Thermally Grown Oxides. Bell System Technical Journal. 1959. 38: 749. https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1959.tb03907.x
Atalla M.M., Tannenbaum E. Impirirty Redistribution and Junction Formation in Silicon by Thermal Oxidation. Bell System Technical Journal. 1960. 39: 933. https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1960.tb03947.x
Sirtl E., Adler A. Flubsaure als sperifishes system zur atzgrubenentwicklang auf silizium. Z. Metallk. 1961. 119(6): 529. https://doi.org/10.1515/ijmr-1961-520806
Majid M., Assadi M.K. Various types of anti-reflective coatings (ARCS) based on the layer composition and surface topography: a review. Rev. Adv. Mater. Sci. 2018. 53(2): 187. https://doi.org/10.1515/rams-2018-0013
Rajan G., Karki Sh., Collins R.W., Podraza N.J., Marsillac S. Real-time optimization of anti-reflective coatings for cigs solar cells. Materials. 2020. 13(19): 4259. https://doi.org/10.3390/ma13194259
Arif M., Rahman M., San W.Y. A state-of-the art review of ductile cutting of silicon wafers for semiconductor and microelectronics industries. Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2012. 63: 481. https://doi.org/10.1007/s00170-012-3937-2
Zhang T., Iqbal S., Zhang X.-Y., Wu W., Su D., Zhou H.-Li. Recent advances in highly efficient organic-silicon hybrid solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells. 2020. 204: 110245. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110245
Talanin I.E., Levinzon D.I., Talanin V.I. Investigation of the transformation of growth microdefects in silicon after ion implantation. Ukr. J. Phys. 2000. 45(8): 963. [in Ukrainian].
Pavlyk B.V., Kushlyk M.O., Slobodzyan D.P., Lys R.M. Reconstruction of the defect structure and centers of dislocation luminescence in the near-surface layers of p-Si. J. Phys. Res. 2017. 21(1-2): 1601. https://doi.org/10.30970/jps.21.1601
DOI: https://doi.org/10.15407/hftp14.02.182
Copyright (©) 2023 M. S. Kukurudziak
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.