El silicio monocristalino se usa ampliamente en aplicaciones microelectrónicas debido a su bajo costo, proceso de fabricación maduro, alta movilidad del portador y estabilidad a largo plazo. Y las crecientes obleas de silicio aplicadas en aplicaciones optoelectrónicas, como fotodetectores, ocupan una pequeña parte. El silicio monocristalino tiene una buena respuesta a la luz en el rango de longitud de onda de 850 nm, lo que lo convierte en un material fotosensible ideal para fotodetectores de silicio a granel en el rango de longitud de onda de 500 nm a 1000 nm. PAM-XIAMEN está creciendoobleas de siliciopara la fabricación de su dispositivo. Se adjuntan los parámetros específicos de la oblea de Si para fotodetector para su información:
1. Crecimiento de obleas de silicio para fotodetector (PAM200928 – SI)
No. 1 tipo P, oblea de silicio dopado con B
| Artículo | Si oblea |
| Diámetro | 76 mm (3 pulgadas) |
| Orientación | (111), 0 +/-2⁰ |
| de orientación | (110), 0+/-3⁰ |
| Escribe | tipo p, dopado B |
| Espesor | 600+30-60um |
| TTV | <= 12um |
| Superficie acabada | Doble cara pulida |
| Lado delantero | Rz <= 0,050 |
| parte trasera | Rz <= 0,050 |
| Densidad de dislocación | <=1*101 cm-2 |
| Minoritarios vida de los portadores | >= 500us |
| Resistividad | 7000-15000 ohmios*cm |
| Propagación de resistividad | +/-20% |
| Cantidad de rayones (largo <= 400um, ancho <= 10um) | <= 5 piezas |
| Cantidad de puntos de luz (en el campo oscuro del microscopio, con un aumento de 200x) | <= 9 piezas |
| Cantidad de chips (a lo largo del perímetro de la oblea fuera del área de trabajo, tamaño de chips <= 1 mm) | <= 5 piezas |
| Diámetro del área de trabajo | 70 mm |
No. 2 Sustrato de silicio tipo N, dopado con P
| Artículo | Si oblea |
| Diámetro | 76 mm (3 pulgadas) |
| Orientación | (111), 0 +/-2⁰ |
| de orientación | (110), 0+/-3⁰ |
| Escribe | tipo n, dopado P |
| Espesor | 400 +/-20 um |
| TTV | <= 12um |
| Superficie acabada | Doble cara pulida |
| Lado delantero | Rz <= 0,050 |
| parte trasera | Rz <= 0,050 |
| Densidad de dislocación | <=1*101 cm-2 |
| Minoritarios vida de los portadores | >= 100us |
| Resistividad | 150-200 ohmios*cm |
| Propagación de resistividad | +/-20% |
| Cantidad de rayones (largo <= 400um, ancho <= 10um) | <= 5 piezas |
| Cantidad de puntos de luz (en el campo oscuro del microscopio, con un aumento de 200x) | <= 9 piezas |
| Cantidad de chips (a lo largo del perímetro de la oblea fuera del área de trabajo, tamaño de chips <= 1 mm) | <= 5 piezas |
| Se permiten astillas, muescas y muescas a una distancia de no más de 2-3 mm del borde | |
Crecimiento de obleas de silicio: fabricado por el método sin crisol a partir de silicio policristalino obtenido por reducción con hidrógeno de clorosilanos, descomposición térmica de monosilanos
2. Acerca de los fotodetectores basados en silicio a granel
Para el fotodetector basado en silicio a granel, hay dos tipos de estructuras del fotodetector que crecen en silicio a granel:
1) Detector PIN vertical de Si: la capacidad de respuesta y la velocidad de respuesta de los detectores PIN de silicio de estructura vertical se limitarán mutuamente. Para lograr una alta capacidad de respuesta, es necesario tener una longitud de absorción de luz larga, lo que significa que debe haber obleas de silicio en crecimiento con una capa gruesa de bajo contenido de dopaje entre las capas de tipo p y tipo n. Esto aumentará el tiempo de tránsito de los portadores generados por fotografías y disminuirá la velocidad de respuesta del dispositivo. Si no se elimina esta restricción, será difícil producir PD basados en silicio de alta velocidad y de respuesta adecuada.
2) Detector PIN horizontal de Si: El detector PIN con una estructura horizontal hace que la dirección de propagación de la luz sea perpendicular a la dirección de movimiento de los portadores de carga fotogenerados, controlando así la longitud de absorción de la luz y la longitud de transición de los portadores de carga fotogenerados, respectivamente.
Para mejorar la velocidad de los fotodetectores de silicio, podemos aliviar las restricciones sobre la eficiencia cuántica y la velocidad de respuesta del detector, crear una superficie de silicio con microestructura y utilizar la reflexión interna total de la luz en la superficie de silicio microestructurada para aumentar la absorción de luz.
Cree una estructura de mejora de la cavidad resonante, lo que implica colocar el material del medio sensible que absorbe la luz en una cavidad de Fabry Perot. La luz que cumple las condiciones de resonancia resonará en la cavidad y será mejorada y absorbida por la resonancia. De esta manera, incluso los materiales absorbentes de luz más delgados pueden lograr una mayor eficiencia cuántica.
3. Desarrollo de fotodetectores de longitud de onda larga basados en silicio para comunicaciones e interconexiones ópticas
Las obleas de silicio para chips se vuelven transparentes a longitudes de onda superiores a 1100 nm y pierden su capacidad de detección, como se muestra en la siguiente figura (La relación entre el coeficiente de absorción de luz de Si y la longitud de onda y la profundidad de penetración de la luz). Además, la baja tasa de movimiento de los portadores de carga en la producción de obleas de silicio dificulta que los dispositivos logren reacciones de alta velocidad. Por lo tanto, en respuesta a estos problemas que enfrentan los detectores basados en silicio utilizados para la comunicación óptica y la interconexión óptica.
La relaciónentreel longitud de onda de Si y el coeficiente de absorción de luz yelpenetración de la luz profundidad
El trabajo de investigación para el cultivo de fotodetectores de silicio para comunicación e interconexión óptica en el país y en el extranjero se centra principalmente en:
1) Diseñar estructuras novedosas para mejorar el rendimiento de los dispositivos (eficiencia cuántica, velocidad, ruido) e implementar aplicaciones especiales (como multiplexación por división de longitud de onda densa (DWDM);
2) Epitaxar otros materiales en una oblea de silicio para lograr una detección de longitud de onda larga, actualmente el principal material epitaxial utilizado es el germanio, que es un detector de Ge-on-Si.
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