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 ρ_v = 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.