Способ измерения темнового тока на тестовых матричных структурах с изменяемой топологией для определения эффективности пассивации широкоформатных матричных фотоприемников с малым шагом Российский патент 2025 года по МПК H02S50/10 G01R31/26 

Изобретение относится к способу испытания и анализа матричных фотоприемников различного спектрального диапазона в технической области полупроводниковых оптоэлектронных приборов различного назначения и может использоваться для измерения темнового тока с целью определения качества пассивации в широкоформатных матричных фотоприемниках с малым шагом.

В современных матричных фотоприемниках (МФП) среднего ИК спектрального диапазона с высокой разрешающей способностью широко используются фотодиодные матрицы из InSb, изготовленные по меза-технологии [G. Gershon, A. Albo, М. Eylon, О. Cohen, Z. Calahorra, М. Brumer, М. Nitzani, Е. Avnon, Y. Aghion, I. Kogan, E. Ilan, A. Tuito, M. Ben Ezra and L. Shkedy, Semiconductor Devices (SCD), Israel // ’’Large Format InSb Infrared Detector with 10 mm Pixels”, OPTRO-2014-2931891]. Одним из наиболее важных условий стабильной работы матричных фотоприемных устройств (МФПУ) является высококачественная пассивация значительной части р-n-перехода матричного фоточувствительного элемента (МФЧЭ), выходящего на поверхность. В мире предпринимались попытки проанализировать зависимости между полученным импедансом и отношением периметра к площади массива фотодиодов с изменяемой площадью при обратном нулевом смещении для оценки качества пассивации технологии теллурида кадмия-ртути (CdHgTe) [V. Gopal // "А general relation between zero-bias resistance-area product and perimeter-to-area ratio of the diodes in variable-area diode test structures," Semiconductor science and technology, vol. 11, p. 1070, 1996] при исследовании темновых токов, используя общеизвестный метод VADA (variable-area diode array). Так как величина периферийного тока непосредственно определяется плотностью поверхностных состояний на границах раздела полупроводник - пассивирующее покрытие, эффективность пассивации можно оценить посредством измерения зависимостей темнового тока от отношения периметра к площади в тестовых диодах с изменяемой площадью.

В особенности, анализ данных диодов с изменяемой площадью необходим для характеризации ИК детекторов на основе HgCdTe [W.V. McLevige, G.M. Williams, R.E. DeWames, J. Bajaj, I.S. Gergis, A.H. Vanderwyck and E.R. Blazejewski (Rockwell International Science Center, USA) // “Variable-area diode data analysis of surface and bulk effects in MWIR HgCdTe/CdTe/sapphire photodetectors”, Semicond. Sci. Technol. 8 (1993) pp 946-952]. Измерение темновых токов от отношения периметра к площади дает критически важную информацию для разделения поверхностных и объемных эффектов и оценки качества поверхностной пассивации. В статье исследовались методом VADA четыре квадратных планарных и меза диода MWIR (5,05 мкм при 78К) LPE HgCdTe размерами 30, 50, 125 мкм с охранными кольцами и 500 мкм. В последующих работах исследовались тестовые структуры с разделенными расстояниями, превышающими диффузионную длину неосновных носителей заряда: в статье [R. Ashokan, N.K. Dhar, В. Yang, A. Akhiyat, T.S. Lee, S. Rujirawat, S. Yousuf, and S. Sivananthan (USA) // “Variable Area MWIR diodes on HgCdTe/Si Grown by Molecular Beam Epitaxy”, Journal of Electronic Materials, Vol. 29, No. 6, 2000] исследовались методом VADA пять квадратных планарных диода MWIR МВЕ HgCdTe on Si размерами 24, 40, 60, 80, 500 мкм; в статье [J. Antoszewski, С.A. Musca, 1 J.M. Dell, and L. Faraone (Australia) // “Small Two-Dimensional Arrays of Mid-Wavelength Infrared HgCdTe Diodes Fabricated by Reactive Ion Etching-Induced p-to-n-Type Conversion”, Journal of Electronic Materials, Vol. 32, No. 7, 2003] исследовались методом VADA пять круглых планарных диодов MWIR (4,6 мкм при 77К) LPE HgCdTe on CdZnTe размерами 50, 100, 200, 340, 600 мкм; в статье [Deng Yi, Lin Chun, Hu Xiaoning (China) // “Analysis of Surface and Bulk Effects in HgCdTe Photodetector Arrays by Variable-Area Diode Test Structures”, International Symposium on Photoelectronic Detection and Imaging 2009: Advances in Infrared Imaging and Applications, Proc, of SPIE Vol. 7383, 73834D-1 to 73834D-7 2009] исследовались методом VADA пять круглых и столько же квадратных планарных диодов MWIR LPE HgCdTe on CdZnTe размерами 20, 50, 100, 150, 200 мкм; в статье [Vanya Srivastav, R. Pal, L. Sareen, V. Venkataraman (India) // “Analysis of current voltage characteristics of MWIR homojunction photodiodes for uncooled operation”, Infrared Physics & Technology 55 (2012) pp 270-274] исследовались методом VADA девять квадратных планарных диодов MWIR (6,0 мкм при 248К) LPE HgCdTe on CdZnTe размерами 25, 40, 50, 70, 100, 200, 320, 400, 500 мкм; в диссертации [Sehun Park // “Investigation on InSb Epitaxial Growth and Surface Passivation to Improve Device Performances” - Chapter 5. ZnS surface passivation of InSb photodiodes and its device performances, p. 148, 2016, Department of Materials and Science and Engineering College of Engineering Seoul National University] исследовались методом VADA шесть квадратных меза диодов MWIR (5,5 мкм при 80К) InSb размерами 300, 400, 500, 600, 700, 800 мкм. Аналогично, в статье [L. Bürkle, F. Fuchs, R. Kiefer, W. Pletschen, R. E. Sah, and J. Schmitz (Fraunhofer-Institut, Germany) // “Electrical characterization of InAs/(GaIn)Sb infrared superlattice photodiodes for the 8 to 12 pm range”, Materials Research Society Symp. Proc. Vol. 607 2000] исследовались методом VADA семь квадратных меза-структур LWIR (8,7 мкм при 77К) InAs/(GaIn)Sb сверхрешеток размерами 80, 110, 140, 160, 200, 260, 380 мкм. Кроме этого, в статье [Eric. A. DeCuir Jr, John. W. Littlea, Neil Barilb (U.S. Army Research Laboratory) // “Addressing surface leakage in type-II InAs/GaSb superlattice materials using novel approaches to surface passivation”, Infrared Sensors, Devices, and Applications; and Single Photon Imaging II, Proc, of SPIE Vol. 8155, 815508-1 to 815508-8 2011] исследовались методом VADA десять квадратных меза-структур MWIR (4,9 мкм при 77К) InAs/GaSb (T2SL) сверхрешеток II типа размерами 40, 60, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400 мкм. Также, в статье [М. Kopytko, Е. Gomolka, К. Michalczewski, Р. Martyniuk, J. Rutkowski and A. Rogalski (Institute of Applied Physics, Military University of Technology, Warsaw, Poland) // “Investigation of surface leakage current in MWIR HgCdTe and InAsSb barrier detectors”, Semiconductor Science and Technology 33 (2018) 125010 (9pp)] исследовались методом VADA пять круглых барьерных меза-структур MWIR (~5,0 мкм при 23 OK) MOCVD HgCdTe p⁺B_ppN⁺ on GaAs и MBE InAsSb p⁺B_ppN⁺ on GaAs размерами 100, 200,300,400, 500 мкм. В вышеприведенных работах исследовались методом VADA наборы от 4 до 10 тестовых дискретных элементов размерами от 20 до 800 мкм. Однако, локализованные и неоднородные объемные дефекты, такие как дислокации и преципитаты, могут приводить к тому, что маленькие (по площади) диоды будут иметь меньшую плотность дефектов или отсутствие дефектов, что понижает достоверность разделения поверхностных и объемных эффектов и требуется существенно больше объема статистических данных, тем самым повышая трудоемкость метода. Кроме этого, большие трудности вызывает измерение темновых токов у охлаждаемых дискретных элементов малых размеров менее 20 мкм, особенно актуальных в современных широкоформатных матрицах с малым шагом, описанных, например, в статьях: [L. Shkedy, Е. Armon, Е. Avnon, N. Ben Ari, М. Brumer, С. Jakobson, Р.С. Klipstein, Y. Lury, О. Magen, В. Milgrom, T. Rosenstock, N. Shiloah, and I. Shtrichman (SemiConductor Devices, Israel) // “HOT MWIR detector with 5 pm pitch”, Infrared Technology and Applications XLVII, Proc, of SPIE Vol. 11741, pp 117410W-1 to 117410W-12, 2021] и [О. Gravrand, C. Lobre, J.L. Santailler, N. Baier, W. Rabaud (CEA, Leti, France) A. Kerlain, D. San Giao, P. Leboterf, B. Comut, L. Rubaldo (LYNRED, France) // “Design of a small pitch (7.5 pm) MWIR MCT array operating at high temperature (130K) with high imaging performances”, Infrared Technology and Applications XLVIII, Proc, of SPIE Vol. 12107, pp 121070U-1 to 121070U-8, 2022]. Также, присутствие боковых токов, увеличивающих оптическую площадь диода, становится критически важным, когда диффузионная длина неосновных носителей заряда соизмерима с размерами диода.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является патент CN116972987 [A Infrared detector test analysis method 2023-06-28], где одним из методов испытания и анализа ИК детектора является метод измерения темновых токов матричных фоточувствительных элементов на тестовых дискретных диодах в заливном криостате с глухой охлаждаемой диафрагмой, отличающихся по площади, а методика оценки объемного тока исходит из пропорциональности объемного тока площади тестового диода, в то время как поверхностный ток определяется исходя из пропорциональности периметру тестового диода. Однако, в современных МФПУ необходимо измерять темновые токи на фоточувствительных элементах заданной топологии и малой площади, соизмеримой с шагом МФЧЭ, что затруднительно осуществить в обычных дискретных тестовых структурах.

Предлагаемое изобретение решает задачу определения эффективности пассивации фотодиодных матриц больших форматов для матричных фотоприемников различного спектрального диапазона за счет применения тестовых структур МФЧЭ с изменяемой топологией, образованных методами фотолитографии групп объединенных элементов с одинаковым шагом и форматом, совпадающим с широкоформатным МФП с малым шагом, изготавливаемых на периферии рабочих пластин и гибридизированных с существующими БИС считывания различных форматов и шагов, для получения зависимостей темнового тока от отношения периметра к площади массива фотодиодов с изменяемой площадью, используя в качестве измерителя темнового тока БИС считывания, которая изготовлена с таким типом входных ячеек (в частности, с прямой инжекцией), в которых величина разброса входных сопротивлений для объединенных фоточувствительных элементов достаточно мала, для того чтобы использовать её в качестве измерителя темнового тока. Например, изобретение может применяться для матричных фотоприемников (МФП) формата 640x512 с шагом 15 мкм на основе InSb, в которых МФЧЭ изготовлен с утоньшением подложки [Болтарь К.О., Киселева Л.В., Лопухин А.А., Савостин А.В. Способ изготовления матричного фотоприемника (варианты) // Патент №RU 2460174 C1 от 04.05.2011]. Однако, изобретение может применяться и для других типов широкоформатных матриц фотоприемников с малым шагом, например, на основе фотодиодов из InSb и HgCdTe, сверхрешеток InAs/(GaIn)Sb, сверхрешеток II типа InAs/GaSb, а также для тех фоточувствительных матриц, в том числе и неохлаждаемых, для которых требуется нанесение пассивирующего покрытия. Широкоформатные матрицы фотоприемников с малым шагом, с одной стороны, позволяют получать больше статистических данных, а с другой стороны - БИС считывания позволяет измерять темновые токи с элементов малой площади.

Получение достоверных зависимостей темнового тока от отношения периметра к площади массива МФЧЭ для каждой рабочей пластины достигается тем, что топология тестовых элементов, расположенных на периферии рабочей пластины, идентична топологии рабочих фотодиодных матриц, размещенных в центре той же пластины (фиг. 1). Тестовая структура образована в шахматном порядке, с одной стороны группами объединенных элементов в квадраты с площадью, изменяемой, например, по направлению диагонали как (2ⁿp-d)², (np+p-d)² или их комбинацией, где p-шаг матричных элементов, d-зазор между элементами, n= 0, 1, 2, 3, 4, 5ј (неотрицательные целые числа), а с другой стороны - стандартными матричными элементами (n= 0) и заполняет полный формат матричного фотоприемника (фиг. 2 и фиг. 8). Также могут использоваться и другие формулы для образования объединенных элементов при условии, что площадь этих элементов изменяется. Максимальная площадь объединенного массива элементов, равная для данной фигуры 32x32=1024 элементов, ограничена плотностью утечек типичного МФПУ на основе InSb из-за дислокаций и других дефектов. Утечки могут на порядок и более превышать средний уровень тока объединенного массива элементов и тем самым искажать значения темнового тока в этих областях. Исходные матричные элементы, расположенные группами в шахматном порядке, позволяют оценить распределение дефектов вблизи объединенных массивов элементов и, тем самым, повысить достоверность результатов измерений. Статистическая обработка полученных результатов позволяет получать достоверные значения по методу VADA за счет того, что для получения зависимости темнового тока от отношения периметра к площади фоточувствительных элементов сначала вычисляется темновой ток групп объединенных элементов как арифметическое среднее (фиг. 3 до - и фиг. 4 после усреднения) для компенсации разброса входных сопротивлений в ячейках БИС считывания, затем, на основе полученных данных строятся интегральные распределения для каждой площади по полному формату тестовой структуры, из которых (площадей) темновой ток определяется как медианное среднее (фиг. 8 уровень - 50%). Таким образом исключается влияние на результаты измерений крупных дефектов тестового МФП. Для повышения оперативности и уменьшения трудоемкости измерений тестовых структур МФЧЭ с изменяемой топологией применяется открытая зондовая установка ускоренного тестирования МФПУ при температуре жидкого азота [Болтарь К.О., Чишко В.Ф., Лопухин А.А., Власов П.В., Акимов В.М., Ефимов И.В., Ерошенков В.В., Киселева Л.В., Савостин А.В. «Открытая зондовая установка тестирования матричных фотоприёмников и способ ускоренного тестирования матричных фотоприемников» // Патент № RU 2624623 С1 от 04.07.2017 Бюл. №19]. Измерения темновых токов осуществляются при помощи кремниевой пластинки, которая стороной с напыленным металлическим отражающим слоем устанавливается на тыльную сторону матрицы, гибридизированной с БИС считывания для обеспечения уровня фонового излучения жидкого азота. Во входной ячейке БИС считывания (фиг. 5) используется схема с прямой инжекцией, поэтому подаваемое извне смещение на затворе делится на сумму напряжений на фотодиоде и затворе-исток входного транзистора. При этом темновой ток измеряется в области обратных смещений (фиг. 6), где дифференциальное сопротивление фотодиода превышает дифференциальное сопротивление затвор-исток входного транзистора по разряду емкости накопления с устанавливаемым смещением на затворе при различных временах накопления в соответствии с формулой:

I_темн=(DU_выхЧСн)/(DТнЧКпер),

где С_н- емкость накопления, DТ_н - изменение времени накопления, DU_вых - изменение напряжения на выходе БИС считывания, K_пер- внутренний коэффициент передачи с емкости накопления на выход БИС считывания.

Также, могут использоваться и другие типы входных ячеек, в которых величина разброса входных сопротивлений для объединенных фоточувствительных элементов достаточно мала для компенсации её регулировкой времени накопления при достаточно большом динамическом диапазоне, что позволяет использовать БИС считывания в качестве измерителя темнового тока.

Темновые вольтамперные характеристики (ВАХ) типичного образца МФПУ на основе InSb с расщеплением VADA при смещении dVb менее -2В показаны на фиг. 6. Соответствующее этому большому смещению изображение темновых токов показано на фиг. 3 и после вычисления арифметического среднего на фиг. 4, а интегральные распределения объединенных фотодиодов 32x32 и матричных элементов 1x1 показаны на фиг. 7. Видна неоднородность темновых токов, обусловленная конкуренцией входных усилителей с различными входными сопротивлениями, подключенными к объединенному фотодиоду большой площади. Однако, арифметический средний ток в пределах объединенных областей p-n-переходов показывает достоверную величину, так как суммарный темновой ток течет только через входные транзисторы, как показано на фиг. 4.

Сущность изобретения поясняется фигурами:

На фиг.1 показан фрагмент изображения топологии двух фотошаблонов («линии разделения объединенных областей» и «контактные окна») с рядом областей размером 1x1; 2x2; 4x4; 8x8; 16x16 и 32x32 ячеек, расположенных по направлению диагонали от правого нижнего до левого верхнего угла.

На фиг.2 показан фрагмент изображения топологии двух фотошаблонов как на фиг.1, но в уменьшенном масштабе.

На фиг.3 показан фрагмент изображения темновых токов, полученный после гибридизации БИС считывания и МФЧЭ с типичной пассивацией при максимально возможном обратном смещении на ФД.

На фиг. 4 показан фрагмент изображения аналогично фиг.3 с арифметическим усреднением в пределах объединенных областей p-n-переходов.

На фиг.5 показана схема ячейки считывания МФПУ InSb 640 х 512 с шагом 15мкм с ФД на входе согласующего транзистора, а также формула для вычисления темнового тока при условии, что дифференциальное сопротивление фотодиода превышает дифференциальное сопротивление затвор-исток входного транзистора.

На фиг.6 показаны темновые ВАХ типичного образца МФПУ на основе InSb 640 х 512 с шагом 15мкм с расщеплением VADA при смещении dVb менее -2В.

На фиг.7 показаны интегральные распределения темновых токов по МФПУ InSb 640x512 с шагом 15мкм при температуре жидкого азота объединенных фотодиодов 32x32 и матричных элементов 1x1 одинаковой выборки из 1024 значений.

На фиг. 8 показаны интегральные распределения VADA темновых токов по МФПУ InSb 640x512 с шагом 15мкм при температуре жидкого азота для статистики из 120= (5*8*3) ФД одинаковой площади в пределах одного МФПУ.

На фиг.9 показана таблица с параметрами измеренных шести образцов МФПУ на основе InSb 640 х 512 с шагом 15мкм, отличающихся типом пассивации (три образца с со стандартной пассивацией АОП+SiO, где один образец ориентации InSb (111), остальные с ориентацией (100); два образца с пассивацией ZnS и один образец с пассивацией Si₃N₄) и концентрацией основных носителей заряда.

На фиг. 10 показаны средние темновые ВАХ измеренных шести образцов МФПУ на основе InSb 640 х 512 с шагом 15мкм с указанием отметок, соответствующих напряжению смещения dVb и максимальному дифференциальному сопротивлению.

На фиг. 11 показаны зависимости VADA проводимостей от отношения периметра к площади ФД для шести образцов МФПУ InSb 640x512 с шагом 15мкм при температуре жидкого азота при близком к оптимальному смещению ФД (dVфд ~ -0,1В).

На фиг. 12 показаны зависимости VADA проводимостей от отношения периметра к площади ФД для шести образцов МФПУ InSb 640x512 с шагом 15мкм при температуре жидкого азота при максимально возможном смещении ФД (dVфд Ј -2В).

Техническим результатом измерения темнового тока на тестовых структурах с изменяемым отношением периметра к площади фоточувствительных элементов различного спектрального диапазона являются зависимости VADA проводимостей от отношения периметра к площади, показывающие качество пассивации.

Технический результат обеспечивается тем, что тестовая структура образована методами фотолитографии групп объединенных исходных элементов с одинаковым шагом и форматом, совпадающим с широкоформатным матричным фотоприемником с малым шагом на основе БИС считывания, в которой величина разброса входных сопротивлений для объединенных фоточувствительных элементов достаточно мала для использования её в качестве измерителя темнового тока. Широкоформатная матрица фотоприемников с малым шагом изготовлена по гибридной схеме с использованием In микроконтактов на основе фотодиодов из InSb или HgCdTe, сверхрешеток InAs/(GaIn)Sb, сверхрешеток II типа InAs/GaSb и, с одной стороны, позволяет получать больше статистических данных, а с другой стороны - БИС считывания позволяет измерять темновые токи с элементов малой площади. Кроме этого, могут использоваться и другие фоточувствительные матрицы, в том числе неохлаждаемые, для которых требуется нанесение пассивирующего покрытия. Тестовая структура образована в шахматном порядке, с одной стороны, группами объединенных элементов, а с другой стороны - стандартными матричными элементами и заполняет полный формат матричного фотоприемника, что позволяет оценить распределение дефектов вблизи объединенных массивов элементов и, тем самым, повысить достоверность результатов измерений. Тестовая структура образована группами объединенных элементов в квадраты с площадью (2ⁿp-d)², (np+p-d)² или их комбинацией, где р - шаг матричных элементов, d - зазор между элементами, n= 0, 1, 2, 3, 4, 5ј (неотрицательные целые числа). Однако, могут использоваться и другие формулы для образования объединенных элементов при условии, что площадь этих элементов изменяется. БИС считывания изготовлена с типом входных ячеек - прямая инжекция и темновой ток измеряется в области обратных смещений, где дифференциальное сопротивление матричного элемента превышает дифференциальное сопротивление затвор-исток входного транзистора по разряду емкости накопления с устанавливаемым смещением на затворе входного транзистора при различных временах накопления согласно формуле:

I_темн=(DU_выхЧС_н)/(DТ_нЧK_пер).

Также могут использоваться и другие типы входных ячеек, в которых величина разброса входных сопротивлений для объединенных фоточувствительных элементов достаточно мала для компенсации её регулировкой времени накопления при достаточно большом динамическом диапазоне, что позволяет использовать БИС считывания в качестве измерителя темнового тока. Для измерения темнового тока на тестовых структурах применяется открытая зондовая установка ускоренного тестирования МФПУ при температуре жидкого азота с помощью кремниевой пластинки, которая стороной с напыленным металлическим отражающим слоем устанавливается на тыльную сторону матрицы, гибридизированной с БИС считывания для обеспечения уровня фонового излучения близкого к температуре жидкого азота. Такая установка позволяет повысить оперативность и уменьшить трудоемкость измерений тестовых структур МФЧЭ с изменяемой топологией. Для получения зависимости темнового тока от отношения периметра к площади фоточувствительных элементов сначала вычисляется темновой ток групп объединенных элементов как арифметическое среднее с целью уменьшения влияния разброса входных сопротивлений, затем, на основе полученных данных строятся интегральные распределения для каждой площади по полному формату тестовой структуры, из которых темновой ток определяется как медианное среднее, в результате чего, исключается влияние на результаты измерений крупных дефектов тестового МФП.

Пример.

Изготовлены шесть образцов МФП формата 640x512 с шагом 15 мкм на основе матрицы фотодиодов из антимонида индия, гибридизированной с БИС считывания индиевыми микроконтактами высотой 5 мкм, отличающихся типом пассивации (три образца с со стандартной пассивацией АОП+SiO, где один образец ориентации InSb (111), остальные с ориентацией (100); два образца с пассивацией ZnS и один образец с пассивацией Si₃N₄) и концентрацией основных носителей заряда, параметры которых приведены на фиг. 9. Измерение темновых токов проводилось на открытой зондовой установке ускоренного тестирования МФПУ при температуре жидкого азота. На фиг. 10 приведены средние темновые ВАХ шести измеренных образцов МФПУ на основе InSb 640 х 512 с шагом 15мкм с указанием отметок, соответствующих напряжению смещения dVb и максимальному дифференциальному сопротивлению. Из измеренных ВАХ получены интегральные распределения VADA темновых токов шести образцов МФПУ InSb 640 х 512 с шагом 15мкм при температуре жидкого азота по ряду областей размерами 1x1; 2x2; 4x4; 8x8; 16x16 и 32x32 ячеек, расположенных по направлению диагонали от правого нижнего до левого верхнего угла для статистики из 120= (5*8*3) ФД разной площади в пределах одного МФПУ, как это видно на фиг. 2 и фиг. 8. На фиг. 11 и фиг. 12 показаны зависимости полученных VADA проводимостей шести образцов от отношения периметра к площади ФД для МФПУ InSb 640 х 512 с шагом 15мкм при температуре жидкого азота. При близком к оптимальному смещению ФД (dVфд ~-0,1В) (фиг. 11) для большинства пассиваций зависимость VADA отсутствует, что означает незначительное влияние периферии на темновые токи, за исключением экспериментального образца с пассивацией Si₃N₄, который отличается малым пробивным обратным напряжением. Зависимости VADA при максимально возможном смещении ФД (dVфд Ј -2В) (фиг. 12), наоборот, наблюдаются для всех видов пассивации, что свидетельствует о высокой плотности поверхностных состояний на границах раздела полупроводник - пассивирующее покрытие. Таким образом, при максимальном смещении на ФД основной вклад в темновой ток вносит поверхностная составляющая. Напротив, при оптимальных смещениях на ФД (~ -0,1В) влияние периферии на величину темновых токов незначительное. Таким образом, предложенные матричные структуры с изменяемой площадью р-n-переходов позволяют определить источники темнового тока и существенно ускорить разработку новых пассивирующих покрытий в МФПУ на основе InSb.

Изобретение относится к способу испытания и анализа матричных фотоприемников различного спектрального диапазона в технической области полупроводниковых оптоэлектронных приборов различного назначения. Предложен способ измерения темнового тока на тестовых структурах с изменяемым отношением периметра к площади фоточувствительных элементов различного спектрального диапазона, включающий изготовление тестовых структур на периферии рабочих пластин, отличающийся тем, что тестовая структура образована методами фотолитографии группами объединенных элементов с одинаковым шагом и форматом, совпадающим с широкоформатным матричным фотоприемником с малым шагом на основе большой интегральной схемы считывания, в которой величина разброса входных сопротивлений для объединенных фоточувствительных элементов достаточно мала для использования ее в качестве измерителя темнового тока. Широкоформатная матрица фотоприемников с малым шагом изготовлена на основе фоточувствительных матриц, в том числе и неохлаждаемых, для которых требуется нанесение пассивирующего покрытия. Тестовая структура образована в шахматном порядке, с одной стороны, группами объединенных элементов в квадраты с площадью (2ⁿр-d)², (np+p-d)² или их комбинацией, где р - шаг матричных элементов, d - зазор между элементами, n=0,1,2,3,4,5ј (неотрицательные целые числа), а с другой стороны - стандартными матричными элементами и заполняет полный формат матричного фотоприемника. А для получения зависимости темного тока от отношения периметра к площади фоточувствительных элементов сначала вычисляется темновой ток групп объединенных элементов как арифметическое среднее, затем на основе полученных данных строятся интегральные распределения для каждой площади по полному формату тестовой структуры, из которых темновой ток определяется как медианное среднее. Изобретение относится к способу измерения темнового тока в широкоформатных матричных фотоприемниках с малым шагом и может использоваться для определения качества пассивации и существенно ускорить разработку новых пассивирующих покрытий в матричных фотоприемных устройствах. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ измерения темнового тока на тестовых матричных структурах с изменяемой топологией для определения эффективности пассивации широкоформатных матричных фотоприемников с малым шагом включает изготовление тестовых структур на периферии рабочих пластин и определение темнового тока, отличающийся тем, что тестовые структуры формируют методами фотолитографии группами объединенных элементов с одинаковым шагом и форматом, совпадающим с форматом широкоформатного матричного фотоприемника с малым шагом на основе большой интегральной схемы (БИС) считывания, в которой величина разброса входных сопротивлений для объединенных фоточувствительных элементов достаточно мала для использования ее в качестве измерителя темнового тока, при этом каждая тестовая структура сформирована в шахматном порядке, с одной стороны, группами объединенных элементов, а с другой стороны - стандартными матричными элементами и заполняет полный формат матричного фотоприемника, вычисляют темновой ток групп объединенных элементов как арифметическое среднее, затем на основе полученных данных строят интегральное распределение для каждой площади по полному формату тестовой структуры, из которых определяют темновой ток как медианное среднее.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что широкоформатная матрица фотоприемников с малым шагом изготовлена по гибридной схеме с использованием In микроконтактов на основе фотодиодов из InSb или HgCdTe, сверхрешеток InAs/(GaIn)Sb, сверхрешеток II типа InAs/GaSb, а также для тех фоточувствительных матриц, в том числе и неохлаждаемых, для которых требуется нанесение пассивирующего покрытия.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что тестовая структура образована группами объединенных элементов в квадраты с площадью (2ⁿp-d)², (np+p-d)² или их комбинацией, где р - шаг матричных элементов, d - зазор между элементами, n=0, 1, 2, 3, 4, 5… (неотрицательные целые числа).

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что БИС считывания изготовлена с типом входных ячеек - прямая инжекция и темновой ток измеряется в области обратных смещений, где дифференциальное сопротивление матричного элемента превышает дифференциальное сопротивление затвор-исток входного транзистора по разряду емкости накопления с устанавливаемым смещением на затворе входного транзистора при различных временах накопления согласно формуле:

где С_Н - емкость накопления, ΔТ_Н - изменение времени накопления, ΔU_вых - изменение напряжения на выходе БИС считывания, К_пер - внутренний коэффициент передачи с емкости накопления на выход БИС считывания.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для измерения темнового тока на тестовых структурах применяется открытая зондовая установка ускоренного тестирования МФПУ при температуре жидкого азота с помощью кремниевой пластинки, которая стороной с напыленным металлическим отражающим слоем устанавливается на тыльную сторону матрицы, гибридизированной с БИС считывания.