ФЦП 2018, Сведения о ходе выполнения проекта

Разработка фоточувствительных элементов большой размерности для спектральных областей 2.5-3.5; 2.5-4.5; 2.5-5.5 мкм на основе диодных гетероструктур из InAs и твердых растворов InAsSbP ”. “ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»”

 

 

Этап 3. Разработка методики формирования защитного диэлектрического покрытия

- разработана методика нанесения пассивирующих диэлектрических слоёв на боковую стенку мезаструктур фотоприемников на основе твердых растворов арсенида индия;

- выполнено исследование влияния различных диэлектриков на поверхностные токи утечки в фотоприемниках на основе гетероструктур из твердых растворов арсенида индия и показано, что для формирования защитного слоя на открытой поверхности p-n перехода, использование фоторезиста SU-8, обеспечивает сохранение значений обратных токов, характерных для чистых поверхностей мезаструктуры;

- разработана методика формирования рисунка в диэлектрических и планаризующих слоях в экспериментальных образцах фотоприемников на основе твердых растворов арсенида индия;

- разработана методика планаризации пластины со стороны эпитаксиальных слоев;

- разработана методика формирования электрических контактов на планаризованной поверхности фоточувствительной пластины;

- изготовлены фотошаблоны для формирования электрических контактов на планаризованной с помощью диэлектрика поверхности пластины со стороны эпитаксиальных слоев и для формирования матрицы (чипа) многоэлементного приемника с периодом между элементами не более 15 мкм;

- разработана ЭКД и изготовлены экспериментальные образцы чипов многоэлементных приемников с размером периода не более 15 мкм;

- разработан проект ТЗ на проведение ОКР по теме: "Разработка фотоприемных устройств большой размерности для спектральных областей 2.5-3.5; 2.5-4.5; 2.5-5.5 мкм на основе диодных гетероструктур из твердых растворов арсенида индия";

- разработана ЭКД на фотошаблоны для формирования матрицы (чипа) многоэлементного приемника с периодом между элементами не более 15 мкм;

- выполнено исследование распределения фоточувствительности по принимающей поверхности экспериментальных образцов чипов многоэлементных приемников с размером периода не более 15 мкм;

- выполнен обзор и анализ современной научно-технической литературы, посвященный теме формирования защитных покрытий со стороны эпитаксиальных слоев фотоприемников на основе материалов А3В5, работающих в средней ИК области спектра;

- разработана ЭКД на фотошаблон для формирования электрических контактов на планаризованной с помощью диэлектрика поверхности пластины со стороны эпитаксиальных слоев;

- выполнено исследование свойств экспериментальных образцов фоточувствительных структур. Работа выполнены с использованием приборной базы Северо-Западного ЦКП научным оборудованием «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» ФТИ им. А.Ф. Иоффе;

По результатам исследований: направлены в печать 3 публикации; сделано 4 доклада на 4-х научных конференциях; поданы 3 патентных заявки.


Этап2. Разработка, создание и исследование двухспектральных фоточувствительных гетероструктур и фотоприемников на их основе. Разработка методики формирования матрицы одиночных элементов (пикселей) с характерным размером периода не более 15 мкм методом плазмохимического травления

- выполнено патентное исследование по теме создания двухспектрального фотоприемника;

- выполнен обзор и анализ современной научно-технической литературы, посвященный теме создания двухспектральных приемников излучения, показавший перспективность работ созданию двухспектральных фотоприемников и новизну их получения на основе гетероструктур из твердых растворов InAsSb(P);

- выполнен обзор и анализ современной научно-технической литературы, посвященный теме постростовой обработки различными методами травления;

- разработана методика получения двухспектральных диодных фоточувствительных структур на основе InAs и твердого раствора InAsSb(P);

- разработка методика плазмохимического травления в индуктивно-связанной плазме твердых растворов InAsSb(P), в том числе: осуществлен подбор состава газовой смеси и разработана оптимальная маски для травления;

- разработана ЭКД «двухспектральная фоточувствительная структура для «флип-чип» фотоприемника» и изготовлены экспериментальные образцы двухспектральных фоточувствительных гетероструктур;

- разработана конструкция чипа двухспектрального фоточувствительного элемента, разработаны и изготовлены фотошаблоны для его получения;

- разработана конструкция и изготовлены подкристальные платы для флип-чип монтажа двухспектрального фоточувствительного элемента;

- разработана конструкция двухспектрального фотоприемника и изготовлены экспериментальные образцы двухспектральных фотоприемников;

- разработана ЭКД и изготовлены экспериментальных образцы чипов многоэлементных фотоприемников с разным размером одиночного элемента;

- разработана ЭКД на фотошаблоны для формирования матрицы из одиночных элементов с разным размером одиночного элемента, изготовлены фотошаблоны для формирования матрицы из одиночных элементов (пикселей) с разным размером одиночного элемента; изготовлены экспериментальные образцы многоэлементных фотоприемников с размером одиночного элемента от 40 до 10 мкм;

- разработана ЭКД на фотошаблоны для формирования матрицы с характерным размером периода элементов не более 15 мкм, изготовлены фотошаблоны и экспериментальные образцы многоэлементного фотоприемника с периодом не более 15 мкм;

- выполнено исследование оптических свойств экспериментальных образцов двухспектральных фоточувствительных гетероструктур и оптических и электрических характеристик фотоприемников на их основе. Работа выполнены с использованием приборной базы Северо-Западного ЦКП научным оборудованием «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» ФТИ им. А.Ф. Иоффе;

-выполнены исследование и анализ электрических характеристик одиночных элементов, сформированных плазмо-химическим травлением с разным размером одиночного элемента, позволяющие прогнозировать параметры многоэлементных приемников в зависимости от размера одиночного элемента.

По результатам исследований опубликованы 2 научных публикации и сделано 2 доклада на 2-х научных конференциях, поданы 2 патентных заявки.

 

Этап1. Разработка, создание и исследование матричного фотоприемника с "разъединенными" пикселями. Разработка, создание и исследование фоточувствительных гетероструктур с подавлением пробоя p-n перехода и фотоприемников на их основе

- разработаны и изготовлены фотошаблоны и ЭКД для получения экспериментальных образцов одиночных фотоприемников флип - чип конструкции с разной глубиной формирования одного из электрических контактов;

- разработана конструкция матричного фотоприемника размерности 2×2 с "разъединенными" пикселями, разработаны и изготовлены фотошаблоны и ЭКД для получения матричного фотоприемника размерности 2×2 с "разъединенными" пикселями;

- исследованы оптические и электрические характеристики одиночных фотоприемников флип-чип конструкции с разной глубиной формирования одного из электрических контактов и определены минимальные глубины формирования катодного контакта, обеспечивающие получение заданной вольт-амперной характеристики фотоприемника;

- разработана методика для корпусирования матричного фотоприемника небольшой размерности с "разъединенными" пикселями;

- проведены исследования оптических и электрических свойств экспериментальных образцов матричного фотоприемника небольшой размерности с "разъединенными" пикселями и получены фотоприемники с широкополосным фотооткликом и значениями квантовой эффективности, близкими к предельно возможным в широком интервале температур. Результаты проведенных исследований представлены на научной конференции с международным участием «Неделя науки СПбПУ», Санкт-Петербург, 19-24.11.2018 г. и опубликованы в материалах конференции и сборнике лучших докладов конференции;

- выполнен обзор и анализ современной научно-технической литературы, посвященный анализу вольт-амперных характеристик фотодиодов на основе материалов А3В5, работающих в средней ИК области спектра, и показано, что для достижения заявленных в проекте параметров, в частности, получения минимальных значений темнового тока в области низких температур и обратных смещений более 0.5 В необходимо разработать подходы для подавления туннельной составляющей токопротекания. Представленные материалы и их анализ использованы при подготовке научной публикации (опубликована ФТП, т.53, в.2, стр.147-157 (2019));

- разработана методика экспресс анализа электрических характеристик некорпусированных чипов фотоприемных элементов, которая выполняется при использовании оборудования (зондовой станции Signatone H150 и микроскопа мсп-2 вар.2), приобретенного за счет средств субсидии, и позволяющая проводить экспресс анализ электрических характеристик некорпусированных и неразделенных чипов фотоприемников;

- разработана «Корректировка методики исследования оптических свойств экспериментальных образцов фоточувствительных гетероструктур, которая выполняется при использовании оборудования, приобретенного за счет средств субсидии (охлаждаемых фотоприемников на основе InSb, HgCdTe, фокусирующих зеркал и микропозиционеров-линейных трансляторов), позволяющая, проводить спектральные измерения спектров фоточувствительности и люминесценции со спектральным разрешением не хуже 1 см-1;

- выполнено исследование оптических и электрических характеристик фотоприемников с подавлением пробоя p-n перехода, в которых получено отсутствие пробоя в обратной ветви ВАХ при напряжениях до -2 В при комнатной температуре;

- выполнено исследование оптических свойств экспериментальных образцов фоточувствительных гетероструктур с подавлением пробоя p-n перехода

- разработана методика измерения распределения фоточувствительности фотоприемника по его поверхности, которая выполняется при использовании оборудования, приобретенного за счет средств субсидии (двухкоординатного моторизованного транслятора и линейных позиционеров).

- проведено исследование и анализ профилей легирования фоточувствительных гетероструктур, выявившая особенности в легировании эпитаксиального слоя, которые приводят к подавлению пробоя p-n перехода. Работа выполнены с использованием приборной базы Северо-Западного ЦКП научным оборудованием «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» ФТИ им. А.Ф. Иоффе;

- изготовлены экспериментальные образцы и ЭКД на гетероструктуры с фоточувствительной областью из InAs и твердого раствора InAsSb, в том числе с подавлением пробоя p-n перехода;

- изготовлены одиночные фотоприемники флип-чип конструкции с разной глубиной формирования одного из электрических контактов, с подавлением пробоя p-n перехода, матричные фотоприемники небольшой размерности с "разъединенными" пикселями;

- выполнено патентное исследование по теме создания матричного фотоприемника с вводом излучения через подложку и сделан вывод о том, что технические решения, необходимые для проведения данного ПНИ, либо описаны в патентах, правообладателями на которые, являются участники проекта, либо не отражены в существующих патентах;

- разработана ЭКД и изготовлены подкристальные платы для матричного фотоприемника небольшой размерности с "разъединенными" пикселями;

- выполнен обзор и анализ современной научно-технической литературы, посвященный теме создания полупроводниковых приемников излучения с максимально удаленной подложкой, показавший, с одной стороны – перспективность работ по максимально возможному удалению подложки, а с другой стороны, новизну предлагаемого в данном проекте подхода, предполагающего удаление подложки и разделение многоэлементного фотоприемника на несвязанные между собой элементы;