讲座之一PD芯片知识培训课件

1、PIN PD 芯片知识第1页，共35页。培训内容PD芯片基本理论PD 芯片设计说明 PD芯片工艺流程PD芯片参数及测试 PD芯片检验 结束语 第2页，共35页。1、什么是PD芯片？PDPhoto Devices 光电探测器 Photo Dioder 光电二极管2、为什么要做PD芯片？光纤通信均采用光谱很窄的单色光源，要求所采用的检测器具有波长选择性，因此系统的检测器都采用光子器件。3、PD所探测的波长 =1.3m =1.55m 4、PD图示方法PN第3页，共35页。6.1PD的工作原理 平衡状态下的PN结：P型N型半导体交界面将发生载流子的扩散运动。达到平衡时形成空间电荷区，形成内建电场Ei以

2、及接触势垒Vd，Vd Ei的存在阻止了多数载流子向对方扩散，达到了动态平衡。6.2光照时节 当光波照射到PN结上，光子就会产生电子空穴时，光生载流子的运动同样在结区形或电场Ei，和电压Vp，而Vp和Ep的方向和极性正好与Vd和Ei相反起削弱电场Vd和Ei的作用，当外界光照是稳定的将PN结西端用导线连接，串入电流计就能读出光电流Ip.第4页，共35页。6.3外加电时反向偏置的PN结。 零偏下的PN结，当以适当的能量光照射PN结。使光生电场E=Ei-Ep=0即Ei已被削减为零。耗尽区不存在。这时光生载流子虽仍在P-N中产生。但无电场引导和加速。在杂乱的扩散过程中，大部份光生空穴和光生电子相继复合而

3、消失。不能形成外部电流。 A、零偏置有大弊端 器件的响应率很差且很易饱和 依靠扩散动动形成的光电流响应速度很慢 B、 PN结上加反向偏置电压 势垒Vd+V高度增加，耗尽区宽度W加宽。响应率和响应速度都可以得到提高。第5页，共35页。7、PIN光电二极管PN结器件：结构简单；暗电流降低困难，无法提高响应率；稳定性差PIN器件：当器件处于反偏置状态时电源在PN结中形成电场E与内建电场Ei同方向，合成结电场Ej=E+Ei使耗尽区W显著地展宽，再加本征i层具有极高的电阻值，已接近绝缘体，耗尽区在整个i区内延伸。给器件带来三个优点。A、I区较P区厚，入射光能在较宽的范围内激发出载流子，因而提高了器件的响

4、应率。B、 整个I区较有电场，光生载流子获得较扩散速度快得多的漂移速度奔向电极形成外部电流，因响应度提高了。C、耗尽区拉宽，使结电容减小，有利于高频响应。第6页，共35页。SiNxCr-AuZn扩散SiNxn-InP顶层n-InGaAs吸收层n+-InP缓冲层n+-InP衬底Au300m1前言 随着光电子技术的高速发展，对光电探测器的可靠性提出了越来越高的要求。器件是否能长期稳定可靠地工作，成为光电探测器件的设计、制造所要解决的关键问题之一。2. 芯片结构设计图1300m芯片结构图第7页，共35页。 11016/cm30.81m 0.9-111.2g3002g第27页，共35页。InGaAs/

5、InP PIN PD芯片光刻工艺检验规范1、检验内容 待光刻片的质量检验光刻片的质量检验2、光刻质量检查 2.1 待光刻片的检验用2010倍测量显微镜检 Si3N4，Cr/Au、表面，应无颗粒，颜色均匀。 2.2 光刻质量检验3.2.1 光刻图形边缘应整齐，无钻蚀，无毛刺，无小岛。 3.2.2 光刻图形上无残留光刻胶。 3.2.3 Si3N4，Cr/Au、薄膜上无针孔。 3.2.4 一次光刻扩散窗口无残留Si3N4膜。 3.2.5 二次、三次Si3N4，Cr/Au、图形套刻准确。 4、检查规定 4.1 刻蚀Si3N4片100%检查。 4.2 刻蚀Cr/Au、片100%检查。第28页，共35页。

6、InGaAs/InP PIN PDZn扩散工艺的检验规范1、检验内容反向击穿电压VBR: 暗电流ID： 2、扩散质量检验2.1 在10A下测反向击穿电压VBR: VBR30V2.2 在-5V偏置下利用34401A数字电压表粗测暗电流 55m ID0.5nA 300m ID3.5 nA2.3 测量扩散结深XJ用显结液HF:H2O2:H2O=1:1:10腐2分钟，在1050倍显微镜下观察扩散剖面，扩散结面应平整，结线应清晰。结深XJ=1.21.5m。 3、检验规定反向击穿电压100%检验暗电流100%检验第29页，共35页。InGaAs/InP PIN PD芯片合金工艺的检验规范 1、检验内容暗电

7、流ID反向击穿电压VBR正向压降 VF 2、检验方法2.1. 合金前，在-5V下，定点测暗电流 ID55m ID0.5nA。300m ID3.5nA。 2.2合金前，在10A下，定点测反向击穿电压VBR2.3合金前，在1mA下，定点测正向电压VF3.合金后质量检验 3.1 用探针扎合金后的金属电极，应粘附好，不起层。 3.2 测试合金前定点管芯ID：55m ID0.5nA。300m ID3.5nA。3.3测试合金前定点管芯的正向压降：55m VF1.0V。300m VF0.7V。 4、检验规定4.1每片测35个点的正向压降。 4.2每片定点测35个点的暗电流。第30页，共35页。 InGaAs

8、/InP PIN PD芯片外延材料检验规范2、检验内容外延材料表面外延材料各层次厚度外延材料载流子浓度外延材料物理尺寸3、外延材料质量检验3.1 镜检 采用2010倍数的显微镜观测外延材料表面应镜面、平整、光亮无划痕。3.2 测量外延层各层厚度用K3Fe(CN)6 :KOH:H2O=1:1:10溶液显影后，然后用5010倍测量显微镜测量各外延层厚度，各外延层应界面平整，结线清晰，n-InGaAs吸收层2.5-2.0m，n-InGaAsP（n-InP）顶层0.81.2m。第31页，共35页。3.3测量外延片击穿电压根据扩散后的击穿电压，换算出外延片有源层的载流子浓度。外延片击穿电压应45V（对应

9、的载流子浓度1.11016cm-3）。3.4测量外延材料物理尺寸外延材料直径=50.5mm0.5 mm4、检验规定4.1 衬底片表面抽样率为100%4.2 外延层厚的抽样率为100%。4.2 外延片击穿电压的抽样率为100%。第32页，共35页。InGaAs/InP PIN PD芯片减薄工艺的检验规范1、检验内容待减薄片厚度，减薄片厚度 2、检验方法21用千分表将待减薄片依次测量其厚度，将厚度差为10m的片子粘到一个磨盘上，然后进行减薄。 22 减薄质量检验 用千分表测厚度应为200m 20m。 23 用1010显微镜观察，减薄面无划痕。 4、检验规定 减薄厚度100%检验。第33页，共35页。InGaAs/InP PIN PD芯片中测工艺的检验规范1、检验内容 反向击穿电压 暗电流正向电压2、检验方法2.1 将不完整的芯片除去。2.2 在10下测反向击穿电压VB:VB30V。23北 在-5V下测暗电流ID:55m ID0.5nA。 300m ID3.5nA。3、检验规定3.1 反向击穿电压VB100%检测。3.2 暗电流100%检测。3。2正向电压100%检测 第34页，共35页。InGaAs/InP PIN PD芯片减薄工