CC BY
59
ЭЛЕКТРОНИКА
УДК621.315.596
МІКРОЕЛЕКТРОННІ МУЛЬТИСЕНСОРНІ КРЕМНІЄВІ СТРУКТУРИ
БОРИСОВ О.В., ЯГАНОВ П.О.__________________
Показується ефективність використання фотоелектричних і електричних властивостей p-n переходу в нерівно-важному стані в мікросенсориці. Розглядається фізичне і конструкторсько-технологічне обґрунтування реалізації мультисенсорної інтегральної мікроелектронної кремнієвої структури з діелектричною ізоляцією.
Вступ
В мікроелектронних напівпровідникових виробах зміна величини електричного сигналу пов’язана зі зміною властивостей напівпровідника. Управління цими властивостями за допомогою зовнішніх полів лежить в основі різноманіття вимірювальних перетворювачів неелектричних величин - сенсорів. Оскільки мікро-електронні технології спрямовані на створення приладів з високою щільністю компонентів на одиниці площі напівпровідникового кристалу, то зазвичай прагнуть використовувати такі фізичні властивості напівпровідника, які не залежать від геометричних розмірів структури. В іншому випадку виграш від зменшення розмірів сенсора буде нівелюватись зменшенням рівня корисного сигналу, який необхідно підсилювати або здійснювати над ним інші перетворення.
В неоднорідних мікроелектронних структурах подолання носіями заряду потенційного бар ’ єра супроводжується зміною їх енергії, що виявляє себе виділенні чи поглинанні тепла (термоелектричні ефекти), випромінюванні або поглинанні світла (зовнішні та внутрішні фотоефекти), появі електрорушійної сили (ЕРС) на p-n переході тощо. Зміну енергії носіїв заряду реєструють як зміну потенціалу на ділянці електричного кола з неоднорідністю типу потенційного бар’єра. Абсолютне значення зміни потенціалу відбувається в межах висоти потенційного бар’єра. В мікроелектронних сенсорах часто використовують механізми переносу заряду крізь неоднорідності типу потенційного бар’єра. Оскільки в мікроелектроніці найбільш розповсюдженим потенційним бар’єром є p-n перехід, то перспективними для створення мікроелектронних мульти-сенсорних структур вважають явища, пов’язані з нерівноважним станом саме p-n переходу.
1. Конструкторсько-технологічне обґрунтування реалізації мікроелектронної мультисенсорної кремнієвої структури
Сенсорні властивості p-n переходу в нерівноважному стані визначаються здатністю контактної різниці потенціалів (КРП) змінюватись під дією впливів зовнішніх полів різної природи. Теоретично показано і експериментально підтверджено, що для нерівноважного стану p-n переходу у режимах прямого зміщення і фото-вольтаїчному в невиродженому кремнії при низькому рівні інжекції носіїв заряду і температурах від 150 К до 500 К напруга на p-n переході не залежить від об’єму напівпровідника, в якому він сформований [1, 2]. Це є важливим критерієм вибору принципу функціонування сенсорів на p-n переходах, оскільки в мікрое-лектронному виконанні вони зберігають рівень вихідного сигналу, функціональність і чутливість, якщо інформативним сигналом для них обрати фото-ЕРС або падіння напруги на p-n переході.
Використання потенційних можливостей мікроелект-ронних сенсорів на основі неоднорідностей типу потенційного бар’єра (p-n переходів) ефективне в разі реалізації адекватного конструкторсько-технологічного рішення, яке гармонійно поєднуватиме переваги мікроелектронної технології з фізичними принципами функціонування сенсорів. Традиційний шлях підвищення чутливості датчика передбачає підсилення малопотужного сигналу мікроелектронного сенсора спеціальним пристроєм [3]. Такий підхід спостерігається не тільки в аналогових, але і в цифрових датчиках, що представляють собою новий сучасний клас інтегральних мікросхем. В них на одному кристалі об ’ єднані чутливий елемент, перетворюв ач напруги, постійний запам’ятовуючий пристрій, схема управління, інші спеціалізовані пристрої запису та перетворення аналогового сигналу в цифровий (наприклад, цифровий датчик температури DS 18S20 [4]).
Технологічно таке рішення реалізується, але забезпечення сталості визначальних параметрів власне попереднього підсилювача постає самостійною схемотехнічною та технологічною задачею, якість розв’язку якої обернено пропорційна складності підсилювача. Вирішення однієї проблеми загострює іншу. Розв’язок протиріччя, що виникає, не є тривіальним, а передбачає фізико-технологічну пропозицію, яка повинна бути простою і ефективною.
Продуктивним рішенням є виконання мікросенсорної структури у вигляді послідовного з’ єднання заданої кількості N інтегральних p-n переходів, на яких у нерівноважному стані виникає адитивний сигнал високого рівня. Якщо параметри p-n переходів ідентичні або близькі, що має місце в інтегральній груповій технології виготовлення мікроструктур, то сумарна напруга U окремих p-n переходів Upn у нерівноважно-
N .
му стані U = ^ Upn = N • Upn. На невеликій площі
i=1
кристалу інтегральної мікросхеми (ІМС) можна сфор-
16
РИ, 2006, № 3
мувати первісний сигнал достатньо високого рівня (десятки вольт), що дозволить відмовитись від складних струмових підсилювачів. При цьому в інтегральній сенсорній структурі в повній мірі виявляються переваги мікроелектронної технології [5, 6].
Багатоелементна сенсорна структура має кращі показники по параметру сигнал/шум. Хоч шумовий сигнал такої структури буде зростати пропорційно N1/2, але оскільки, на відміну від шумового сигналу, адитивний сигнал ЕРС діодних структур скорельований і пропорційний N, відношення сигнал/шум збільшуватиметься пропорційно N1/2 [7].
Оскільки генерований вихідний сигнал мікроелект-ронних p-n переходів малопотужний (порядку 10-6 Вт), а вихідний опір в режимі малої інжекції великий (порядку 106 ... 107 Ом), як пристрій узгодження і попереднього підсилення доцільно використати прилад, керований потенціалом з високим вхідним опором, наприклад, МДН-транзистор. Його інтегрування в склад сенсорної структури виправдане, оскільки технологія виготовлення МДН-структур сумісна з технологічними операціями формуванняp-n переходів [8]. Матеріалом структури доцільно обрати монокри-сталічний кремній, а технологією виготовлення - інтегральну групову.
Мікроелектронне виконання мультисенсорної структури передбачає дотримання певних вимог щодо її технології і конструкції. Ці вимоги випливають з необхідності забезпечення високого рівня вихідної напруги діодної структури з послідовним з’єднанням заданого числа p-n переходів і доцільності інтеграції на одному кристалі як сенсорів неелектричних величин, так і елементів пристроїв попередньої обробки і підсилення сигналу. Завдяки цьому розширюється діапазон функціональних можливостей структури. При реалізації мультисенсорної ІМС її виготовлення має базуватись на промислово освоєній технології формування електрично ізольованих чутливих елементів, сумісній з інтегральними МДН-структурами.
Традиційна кремнієва технологія ізоляції елементів ІМС розділовою дифузією не дозволяє досягнути бажаного результату. По-перше, розділова дифузія створює додаткові p-n переходи, на яких, зокрема, при фотогенераційних процесах виникає фото-ЕРС протилежного до корисного сигналу знаку. При певних умовах результуючий сигнал може бути близьким до нульового. По-друге, розділова дифузія внаслідок бокової дифузії вздовж поверхні значно звужує ефективну корисну площу кристалу, на якій формують елементи ІМС.
Дотримання перелічених вище вимог, а також вибір фізичних принципів функціонування сенсорів обмежує коло методів структуроутворення та обробки напівпровідника до технологій, що забезпечують не тільки струмову, але і потенціальну розв’язку елементів сенсорної структури. Адже тільки завдяки цьому можлива послідовна комутація і сумування напруг окремих p-n переходів.
2. Методи реалізації діелектричної ізоляції елементів інтегральних мікросхем
Конструктивно діелектричну ізоляцію елементів мікросхем реалізовують за допомогою меза-структур та планарних епік-структур. В меза-структурах ізольовані діелектриком елементи розділені на підкладці повітряним зазором і знаходяться над площиною поверхні підкладки. В епік-структурах діелектричну ізоляцію забезпечують в об’ ємі підкладки під площиною її поверхні.
Відомі різноманітні технологічні рішення меза-струк-тур взагалі і конструкції послідовно з’ єднаних p-n переходів зокрема. Наприклад, у інтегральній вертикальній фотобатареї послідовного з’єднання досягають застосуванням епітаксіальної технології вирощування меза-структур з використанням комутуючих шарів силіцидів перехідного металу [9]. До числа промислово реалізованих методів, що забезпечують діелектричну ізоляцію елементів ІМС меза-структур, відносять технологію „ кремній на ізоляторі” (КНІ) та її модифікації [10]. Ця технологія передбачає створення тонкого монокристалічного шару кремнію на поверхні діелектричної підкладки: монокристалічної (сапфір Al2O3, шпінель MgOAl2O3) або полікристалічної (двоокис кремнію SiO2, нітрид кремнію Si3^), в якому формують елементи ІМС. На монокристалічних підкладках кремній вирощують методом гетероепі-таксії, а на полікристалічних переважно методом лазерної рекристалізації шару полікремнію.
Однією з основних проблем технології КНІ є якість монокристалічного кремнію на підкладці-ізоляторі. Якщо постійні ґраток a кристалічних решіток підклад-ки-ізолятора і кремнію суттєво відмінні, отримати монокристалічний шар напівпровідника на ізоляторі складно. Тому підбір матеріалу підкладки, технологічно сумісного з монокремнієм, здійснюють дуже ретельно. Найменші відмінності постійної ґратки a кристалічної решітки у кремнію (a=0,543 нм) та сапфіру (a = 0,512 нм). Проте і в системі КНС („кремній на сапфірі”) навіть через незначну різницю постійних ґраток має місце висока концентрація дефектів кристалічної структури кремнію, яка особливо помітна в тонких (до 1 мкм) шарах. Це, зокрема, знижує рухливість носіїв заряду. Також через відмінності в коефіцієнтах лінійного розширення в монокремнії та підкладці-ізоляторі виникає порушення паралельності площин пластин після термічних обробок матеріалу. Для полікристалічних підкладок ці проблеми ще значніші. Всі ці фактори стримують використання технологій КНІ, зокрема у виробництві біполярних приладів.
Епік-структури позбавлені значної кількості недоліків, притаманних меза-структурам. Вони не мають обмежень на виготовлення біполярних приладів, властивості монокристалічних областей визначаються підкладкою монокремнію, технологічними режимами структуроутворення і тому передбачувані, а планарність структури полегшує виконання якісних міжз’єднань.
РИ, 2006, № 3
17
Наприклад, технологія кремнієвих структур з діелектричною ізоляцією (КСДІ) повністю сумісна з процесами виготовлення біполярних та уніполярних приладів. Вона передбачає створення електрично ізольованих шаром двоокису кремнію SiO2, нітриду кремнію Si3N4 або системою SiO2 + Si3N4 областей монокристалічно-го кремнію (Si-mono) - „кишень” - в полікремнієвій підкладці (Si-poly). В „кишенях” формують елементи ІМС та напівпровідникові пристрої [11].
Відомо, що радіаційне опромінювання утворює значну концентрацію дефектів кристалічної ґратки в тонкій області в кінці шляху пробігу частинки з високою енергією [12, 13]. Внаслідок цього існує просторова неоднорідність радіаційних дефектів у напівпровіднику. Тому прилади, сформовані на КСДІ, мають підвищену радіаційну стійкість до опромінення, оскільки дефекти і пошкодження, що утворюються поза областю „кишені”, не впливають на їхні вольт-амперні характеристики.
Перші ІМС на КСДІ формувались в кремнії з кристалографічною орієнтацією (111) (далі „ кремній (111)”), але згодом з метою підвищення щільності розміщення елементів ІМС почали використовувати кремній (100). Переваги кремнію (100) полягали в анізотропії швидкості травлення в напрямку (100), яка в 30 - 100 раз більша, ніж у напрямку (111). Завдяки цьому можливо утворювати глибокі V-подібні профілі травлення, якими розділяють монокристалічні області, що згодом стають „кишенями” КСДІ. Кут нахилу стінок
канавки до площини (100) складає 54°44f, а кут між
нахиленими стінками V-канавки 70°32f (рис.1). Глибина канавок h визначається шириною d вікон:
h = tg54°44' • — = 0,707 • d. Як правило, ця глибина знаходиться в межах 5 - 50 мкм.
Рис. 1. Кремнієва пластина після глибокого травлення
КСДІ на кремнії (100) використовуються такими провідними виробниками світу, як Fujitsu (Японія), Bell Telephone Lab.Inc., Harris Corp., Texas Instruments Inc. (США) та ін. Україна володіє промисловою технологією КСДІ. Головними виробниками КСДІ донедавна були Дніпровський титано-магнієвий завод, м. Запоріжжя та „ Завод чистих металів”, м. Світловодськ (нині це Запорізький титано-магнієвий комбінат та ВАТ „ Чисті метали”).
Наведена вище аргументація свідчить на користь використання технології кремнієвих структур з діелектричною ізоляцією для створення мультисенсорної ІМС.
3. Експериментальні результати
Конструкторсько-технологічну підготовку виробництва та виготовлення дослідних зразків мікроелектрон-ної мультисенсорної структури на КСДІ здійснено засобами промислових мікроелектронних технологій „Заводу чистих металів”, м.Світловодськ та НДІ мікроприладів, м. Київ. Технологічний маршрут адаптовано до технології серійних ІМС. Для мікроелект-ронної мультисенсорної структури використано кремнієві пластини електронного типу провідності з орієнтацією (100) марки КЕФ-20.
Модуль структури має размір 0,4 х 2,35 х 3,3 мм3, а кількість модулів на пластині діаметром 76 мм становить 582. У складі мультисенсорної КСДІ 6 діодних структур різної геометрії по 12 p-n переходів в кожній, 4 р-канальних МДН-транзистори з алюмінієвим затвором і 6 диффузійних резисторів (рис. 2). Всі елементи структури сформовано в окремих „кишенях” глибиною 20 мкм і мають незалежну комутацію. Число p-n переходів, що з’єднуються послідовно, можна при необхідності змінювати в кожній структурі від 12 до 1 шляхом шунтування частини p-n переходів.
VD
Al
R
SiO,
VD
VTj
VT,
Рис. 2. Розріз елементів мультисенсорної КСДІ після фомування міжз’єднань. Позначення: VD - p-n переходи діодної структури; R - дифузійний резистор; VT -МДН-транзистор
Р-канальні МДН-транзистори виготовлені по двоє в одній ізольованій прямокутній області розміром 2,1 х 0,22 мм2 і мають спільний витік. Це дозволяє вмикати їх паралельно з метою збільшення крутизни прохідної ВАХ або використовувати у диференційному увімкненні. Так, здвоєний МДН-транзистор з пороговою напругою ипор = 3,7 В має середню крутизну 9,6 мА/ В у робочому діапазоні вхідних напруг від 4 до 7 В. Розмір „кишень” для формування p-n переходів: 100х100 мкм2, 100х200
мкм2та100х500
2
R2
-Уж
На рис. 3 подано схему комутації елементів муль-тисенсорної структури для реалізації пере- Рис. 3. Схема комутації p-n переходів творювача тем- діодної структури та МДН-транзистора пераіури у складі перетворювача температури
РИ, 2006, № 3
18
ТМХ діодної структури при прямому струмі (10 ± 0,005) мкА з різною кількістю N послідовно увімкнених p-n переходів подано на рис. 4. Порівняння характеристик вказує на те, що ТМХ діодної структури відрізняється від ТМХ окремого p-n переходу тільки масштабом. Оскільки в даній КСДІ максимальне значення N=72, то досяжна термочутливість діодної структури становить 150 мВ/К.
ш
з"
|_
Q.
С
то
£
К
£
£
'І
с
8 г
6 -
4 -
2 -
0
О N = 1 « N = 6 N = 10
А N = 4 ■ N = 8 Ж N = 12
2
OOQOOOOOOOOO^OfiO^OOj
■N = 1
200 250 300 350 400
Температура Т, К
450
6
3
Рис. 4. ТМХ діодної структури з різною кількістю N послідовно увімкнених p-n переходів: 1 - N = 1; 2 - N = 4; 3 - N = 6; 4 - N = 8; 5 - N = 10; 6 - N = 12
Термочутливість структури, схема якої представлена
dUCB
на рис. 3, визначається як ——— . Оскільки
Ucb - Uж - Ri I
Ж
4AC >
dT
dUCB _ R dIC то —~— _ —R1
dT
dT
У відкритому стані прохідна характеристика МДН-транзистора описується рівнянням
C W 2
Ic -,(T)(U З (Т) — U ПОР (Т))2,
з якого термочутливість КСДІ:
dUcE _— R1 • CTW • ^[(UЗ (Т) — UПОР (Т))2 +
dT
2L dT
+ 2^^ (Т) — Uпop(Т))2]x (dU^ — ШпОР(Т))
dT
dT
dp(T) b dU з (Т) + b +
де _b1 +b2+
+b3 • (U З (Т)+^МІ) • t) + dT
+ 2b4Uз(Т) • ^ + 2b5 • T . dT
В рівнянні враховано термопольову залежність рухливості приповерхневих інверсних носіїв заряду в каналі dp(T)
МДН-транзистора
dT
. Вона моделюється рівнян-
ням регресії другого порядку, а коефіцієнти регресії b1—5 визначаються експериментально [14].
Термочутливість ТМХ схеми включення елементів КСДІ, поданої на рис. 3, розрахована за результатами експериментальних вимірювань напруги на затворі МДН-транзистора та на ділянці кола стік-витік як відношення AU / AT. Результати розрахунків представлено на рис. 5. Вони підтверджують високу тер-
РИ, 2006, № 3
мочутливість КСДІ, яка при Т = 380 К для N = 12 та Rj = 10 кОм досягає значень 413 мВ/К. Ця чутливість в 200 раз перевершує термочутливість діодних сенсорів і майже в 1000 раз - термочутливість біметалічної плівкової термопари сплаву Cu - CuNi.
dU N/dT, В/К
pn ’
dUCB/dT, В/К
0,025
0,022 ■
0,019
0,016
-
0,45
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
200
250
300
350
400
Температура Т, К
Рис. 5. Термочутливість діодної структури з N = 12 (світлі маркери) та термоперетворювача (темні маркери) для опорів навантаження R1 (иЖ = 10 В): 1 - R1 = 2 кОм ; 2 - R1 = 5 кОм; 3 - R1 = 10 кОм
Вище відзначалось, що функціонування p-n переходу у фотовольтаїчному режимі визначається фундаментальними та питомими властивостями напівпровідника, тому фото-ЕРС зберігає рівень сигналу і в мікро-електронному виконанні. В структурі, що розглядається, цю особливість використано для створення високочутливого мікроелектронного багатоелементного фотоперетворювача [5].
На рис. 6 подана схема мікроелектронного фотоперетворювача на КСДІ. В затворне коло МДН-транзисто-ра увімкнено фотобатарею з заданою кількістю N інтегральних p-n переходів діодної структури VD. Резистори R1 та R2 забезпечують напругу зміщення иЗМ фотобатареї для оптимізації режиму функціонування МДН-транзистора VT. Під дією випромінювання Е фото-ЕРС фотобатареї U®pn(E) та напруга зміщення U ЗМ визначають напругу на затворі U З(Е) і напругу стік-витік у вихідному колі Uc(E). Оскільки вхідний опір МДН-транзистора великий (1012 Ом і більше), то режим роботи фотобатареї практично є режимом роз-імкненого кола. Фото-ЕРС розімкне-ного кола, що генерується на освітлених p-n переходах діодної структури, використовується як керуюча напруга в затворному колі МДН-транзи-стора.
19
-Уж
Рис. 6. Схема електрична принципова мікроелектронного фотоперетворювача на КСДІ: VD - фотобатарея діодної структури, VT - МДН-транзистор
Беручи до уваги, що площа фоточутливої поверхні діодної структури мала (наприклад, для дванадцятьох p-n переходів КСДІ вона рівна 0,1х2 мм2 = 2 • 10 -7 м 2), інтегральна струмова фоточутливість фотоперетворювача в діапазоні освітленості 1 ... 100 люкс становить від 56000 до 900 А/лм (рис. 7). В енергетичних одиницях фоточутливість SP « 0,003S® = 145,6 ... 2,4 А/Вт, що співставно з параметрами найчутливіших напівпровідникових фотоприймачів - лавинних фото-діодів.
Sp, А/Вт S®, A/лм
Рис. 7. Залежність інтегральної світлової S® (1) та енергетичної SP (2) фоточутливості фотоперетворювача на КСДІ від освітленості поверхні структури
У нікальні фотоелектричні властивості даної структури використано в розробках нових оптоелектронних вимірювальних перетворювачів різноманітних фізичних величин, зокрема, координатних фотоперетворювачів (КФ). Т акі пристрої складають основу датчиків точного позиціонування, а на їх базі створюють інші вимірювальні перетворювачі: прискорення, тиску, температури тощо.
Позиційно чутливим елементом КФ є фотобатарея, фото-ЕРС якої модулюється переміщенням світлового екрана вздовж координати Х. Мірою координати, що вимірюється, є напруга стік-витік МДН-транзисто-ра ^иДХ). На рис. 8 подана позиційна характеристика КФ на КСДІ з різною кількістю N p-n переходів у затворному колі МДН-транзистора. Розмір фоточутливої поверхні одного p-n переходу 100 х 100 мкм2.
Рис. 8. Позиційна характеристика координатного перетворювача з різною кількістю N p-n переходів фотобатареї (Т = 300 К)
Висока координатна чутливість фотоперетворювача (950 мВ/мкм для N = 10) звужує діапазон координатної характеристики до 7 мкм. В широкому діапазоні вимірювань від 3 до 73 мкм позиційна чутливість менша (32 мВ/мкм для N = 2). Тому залежно від задачі слід використовувати фотобатареї різної конструкції або керувати коефіцієнтом передачі по напрузі МДН-транзистора. Позиційні характеристики, що зображені на рис. 8, отримані при таких параметрах схеми перетворення: опір навантаження Rh=10 кОм, напруга живлення U Ж=-10 В, напруга зміщення U ЗМ= -4 В. Як показали дослідженя, за критерієм позиційної чутливості (до 1 В/мкм) координатні фотоперетворювачі на КСДІ не поступаються сучасним позиційно-чутливим фотоприймачам.
Диференційний координатний фотоперетворювач (ДКФ) на КСДІ завдяки інтегральному мікроелект-ронному виконанню мінімізує вплив синфазної завади [15, 16]. Якщо вихідні функції перетворення фізичної величини знаходяться під впливом, наприклад, температури, y1 = f(x1) + T, y2 = f(x2) + ^ то сигнал різниці y = dif(y1 - y2) буде вільним від цього впливу. Але необхідно, щоб функції перетворення сигналів f(x) були ідентичні. Цьому сприяє групова технологія виготовлення елементів мікросхеми, яка мінімізує технологічний розкид їх параметрів.
На рис. 9 представлено залежність вихідного сигналу різниШ напруг U ВИХ (Х) = U ВИХ1 (Х) - U ВИХ 2(Х) , ДКФ на КСДІ як функцію координати світлової плями Х на поверхні світлочутливої області. Порівняльний аналіз позиційної характеристики фотобатареї і ДКФ вказує на те, що вплив теплового поля на вихідний сигнал зменшився. В діапазоні переміщень 0 ... 100 мкм температурна чутливість вихідного сигналу для фотобатареї становить 23 мВ/К, а для диференційного координатного фотоперетворювача 10 мВ/К. Він визначається головним чином різною температурною чутливістю фотобатарей і МДН-транзистора, які знаходяться при різних освітленостях.
Вихідна диференційна напруга ивих (Х), В
Рис. 9. Позиційна характеристика диференційного координатного фотоперетворювача як функція температури Т та координати Х світлової плями на фоточутливій поверхні
20
РИ, 2006, № 3
Висновки
Представлена в роботі нтегральна мікроелектронна схема на КСДІ є високочутливою мультисенсорною структурою, в якій використано фотоелектричні і електричні сенсорні властивості нерівноважного стану p-n переходів. Завдяки цьому забезпечується високий рівень, чутливість, завадостійкість первинного електричного сигналу, електрофізична та технологічна сумісність з МДН-транзисторами як пристроями попереднього перетворення сигналу.
Т еоретичне і практичне дослідження термометричних властивостей КСДІ обґрунтовано доводить ефективність створення на її основі малогабаритних високочутливих термосенсорів з крутизною ТМХ 100 -400 мВ/К.
Досліджено фотоелектричні властивості КСДІ як мікроелектронного фотоприймального пристрою. Визначено світлові характеристики КСДІ. Встановлено, що інтегральна струмова фоточутливість КСДІ в діапазоні освітленості 1 ... 100 лк становить від 56000 до 900 А/лм (в енергетичних одиницях 145,6 ... 2,4 А/Вт), що співставно з параметрами одних з найчутливіших напівпровідникових фотоприймачів - лавинних фото-діодів.
Встановлено, що використання фотоелектричних властивостей КСДІ є ефективним для створення позиційно чутливих сенсорів лінійних мікропереміщень. Вихідна координатна характеристика має крутизну від 950 мВ/мкм (в діапазоні вимірювань АХ = 7 мкм) до 32 мВ/мкм (в діапазоні вимірювань АХ = 70 мкм). Розглянуто способи термостабілізації вихідного сигналу координатних фотоперетворювачів.
Остаточне конфігурування елементів структури з метою адаптації до розв’язку конкретної технічної задачі здійснюється на етапі формування міжз’єднань. Це дозволяє створювати на базі одного кристалу КСДІ модифікації вимірювальних перетворювачів різних фізичних величин. Сумісне використання сенсорних властивостей нерівноважного стану p-n переходу у фотовольтаїчному і електричному режимах утворює нову сукупність ознак, завдяки чому з’ являються передумови створення нових чутливих перетворювачів неелектричних величин з широкими функціональними можливостями [17].
Література: 1. ЯгановП.А., КлетченковИ.И. Связь фото-ЭДС холостого хода фотоэлемента с уровнем легирования р- и n-бластей // Диэлектрики и полупроводники. 1987. Вып. 31. С.89-95. 2. Яганов П.А. Моделирование температурных характеристик кремниевых датчиков при малых уровнях инжекции // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 2005. № 6. С.72-78. 3. Аксененко М.Д., Бараночников, Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1984. 208 с. 4. Самарин А.А. Позиционно-чувствительные фотодатчики // Электронные компоненты. 2003. № 7. С. 103-108. 5. КлетченковИ.И., Яганов П.А. Фотоприемник в интегральном исполнении // Приборы и техника эксперимента. 1989. № 1. С.236. 6. Vikulin
I. M., Kurmashev Sh.D., Mingalev V.A., Tumanov Yu.G. MIS-phototransistor with p-n-... -p-n-strkture as a gate // Сенсорна електроніка і мікросистемні технології. 2005. № 2. С. 47. 7. Анисимова И.Д., Вакулин И.М., Заитов Ф.А., Курма-шев Ш.Д. Полупроводниковые фотоприемники: ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра / Под ред. В. И. Стафеева. М.: Радио и связь, 1984.216 с. 8. Клетченков И.И., Яганов П.А. Кремниевый твердотельный измерительный фотопреобразователь // Перспективные материалы твердотельной электроники. Твердотельные преобразователи в автоматике и робототехнике. Тезисы докладов научно-технической конференции. Минск, 23-24 октября 1990 г. Ч.2. Минск. 1990. С. 7-8. 9. А.С. 1720444 СССР, МКИ Н01 L 31/04 Интегральная вертикальная фотовольтаическая батарея / Бирюков Е.П., Погребняк И.В., Яганов П.А. - Заявл. 20.07.1988. Опубл. 15.03.1992 , Бюл. № 10. 10. ГукЕ.Г., ПодласкинБ.Г., Токра-нова Н.А., Воронков В.Б., Козлов В.А. Создание методом твердофазного прямого сращивания отдельных p-n-пе-реходов, разделенных изолирующим слоем // Физика и техника полупроводников. 1999. Т. 33, вып. 7. С. 880-886.
II. Брюхно Н.А., Жарковский Е.М., Концевой Ю.А., Сахаров Ю.Г. Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией для изделий микроэлектроники. Обзоры по электронной технике. Серия 3. Микроэлектроника. Вып. № 4 (1304). М.: ЦНИИ «Электроника», 1987. 41 с. 12. Solar Cell Radiation Handbook / Tada H.Y., Carter J.R., Anspaugh B.E., Downing R.G. Pasadena, California: Jet Proppulsion Laboratory Publication. 1982. 482 p. 13. Messenger S.R., Burke E.A., Morton T.I. Modeling low energy proton radiation effects on solar cells // Proceedings of 3rd World Conf. on Photovoltaic Energy Conversion. Osaka, Japan. 2003. 3P-B5-18, 4 p. 14. Яганов П.О. Моделювання термопольової залежності рухливості носіїв заряду в інверсному шарі кремнієвого МОН-транзистора // Наукові вісті КПІ. 2005. № 3. С. 16-22. 15. Яганов П.А. Координатный фотопреобразователь с температурной стабилизацией // Электроника и связь. 2003. № 20. C. 208-210. 16. Яганов П.О., Борисов О. В. Визначення позиційної характеристики координатного фотоперетворювача в умовах теплового дрейфу // Сенсорна електроніка і мікросистемні технологїї. 2005. № 3. С. 23-29. 17. Яганов П.О. Оптолектронні ключові термоперетворювачі на кремнієвій структурі з діелектричною ізоляцією // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. 2005. Вып. 40. С. 190-194.
Надійшла до редколегії 12.07.2006
Рецензент: д-р фіз.-мат. наук Шварц Ю.М.
Борисов Олександр Васильович, канд. техн. наук, доцент, професор кафедри мікроелектроніки Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. Наукові інтереси: мікроелектроніка та мікрое-лектронні сенсорні системи. Адреса: Україна, 03056, Київ, вул. Політехнічна, 16, тел. 8(044) 241-86-06.
Яганов Петро Олексійович, канд. техн. наук, доцент кафедри конструювання та виробництва електронно-обчислювальної апаратури Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут”. Наукові інтереси: комп’ютерні системи збору даних та мікроелектронні сенсори. Адреса: Україна, 03056, Київ, вул. Політехнічна, 16, тел. 8(044) 241-86-07, е-mail: Y [email protected]. ua.
РИ, 2006, № 3
21
