講座之一PD芯片知識(shí)培訓(xùn)課件

1、PIN PD 芯片知識(shí)第1頁(yè)，共35頁(yè)。培訓(xùn)內(nèi)容PD芯片基本理論P(yáng)D 芯片設(shè)計(jì)說(shuō)明 PD芯片工藝流程PD芯片參數(shù)及測(cè)試 PD芯片檢驗(yàn) 結(jié)束語(yǔ) 第2頁(yè)，共35頁(yè)。1、什么是PD芯片？PDPhoto Devices 光電探測(cè)器 Photo Dioder 光電二極管2、為什么要做PD芯片？光纖通信均采用光譜很窄的單色光源，要求所采用的檢測(cè)器具有波長(zhǎng)選擇性，因此系統(tǒng)的檢測(cè)器都采用光子器件。3、PD所探測(cè)的波長(zhǎng) =1.3m =1.55m 4、PD圖示方法PN第3頁(yè)，共35頁(yè)。6.1PD的工作原理 平衡狀態(tài)下的PN結(jié)：P型N型半導(dǎo)體交界面將發(fā)生載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。達(dá)到平衡時(shí)形成空間電荷區(qū)，形成內(nèi)建電場(chǎng)Ei以

2、及接觸勢(shì)壘Vd，Vd Ei的存在阻止了多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散，達(dá)到了動(dòng)態(tài)平衡。6.2光照時(shí)節(jié) 當(dāng)光波照射到PN結(jié)上，光子就會(huì)產(chǎn)生電子空穴時(shí)，光生載流子的運(yùn)動(dòng)同樣在結(jié)區(qū)形或電場(chǎng)Ei，和電壓Vp，而Vp和Ep的方向和極性正好與Vd和Ei相反起削弱電場(chǎng)Vd和Ei的作用，當(dāng)外界光照是穩(wěn)定的將PN結(jié)西端用導(dǎo)線連接，串入電流計(jì)就能讀出光電流Ip.第4頁(yè)，共35頁(yè)。6.3外加電時(shí)反向偏置的PN結(jié)。 零偏下的PN結(jié)，當(dāng)以適當(dāng)?shù)哪芰抗庹丈銹N結(jié)。使光生電場(chǎng)E=Ei-Ep=0即Ei已被削減為零。耗盡區(qū)不存在。這時(shí)光生載流子雖仍在P-N中產(chǎn)生。但無(wú)電場(chǎng)引導(dǎo)和加速。在雜亂的擴(kuò)散過(guò)程中，大部份光生空穴和光生電子相繼復(fù)合而

3、消失。不能形成外部電流。 A、零偏置有大弊端 器件的響應(yīng)率很差且很易飽和 依靠擴(kuò)散動(dòng)動(dòng)形成的光電流響應(yīng)速度很慢 B、 PN結(jié)上加反向偏置電壓 勢(shì)壘Vd+V高度增加，耗盡區(qū)寬度W加寬。響應(yīng)率和響應(yīng)速度都可以得到提高。第5頁(yè)，共35頁(yè)。7、PIN光電二極管PN結(jié)器件：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；暗電流降低困難，無(wú)法提高響應(yīng)率；穩(wěn)定性差PIN器件：當(dāng)器件處于反偏置狀態(tài)時(shí)電源在PN結(jié)中形成電場(chǎng)E與內(nèi)建電場(chǎng)Ei同方向，合成結(jié)電場(chǎng)Ej=E+Ei使耗盡區(qū)W顯著地展寬，再加本征i層具有極高的電阻值，已接近絕緣體，耗盡區(qū)在整個(gè)i區(qū)內(nèi)延伸。給器件帶來(lái)三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。A、I區(qū)較P區(qū)厚，入射光能在較寬的范圍內(nèi)激發(fā)出載流子，因而提高了器件的響

4、應(yīng)率。B、 整個(gè)I區(qū)較有電場(chǎng)，光生載流子獲得較擴(kuò)散速度快得多的漂移速度奔向電極形成外部電流，因響應(yīng)度提高了。C、耗盡區(qū)拉寬，使結(jié)電容減小，有利于高頻響應(yīng)。第6頁(yè)，共35頁(yè)。SiNxCr-AuZn擴(kuò)散SiNxn-InP頂層n-InGaAs吸收層n+-InP緩沖層n+-InP襯底Au300m1前言 隨著光電子技術(shù)的高速發(fā)展，對(duì)光電探測(cè)器的可靠性提出了越來(lái)越高的要求。器件是否能長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地工作，成為光電探測(cè)器件的設(shè)計(jì)、制造所要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。2. 芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖1300m芯片結(jié)構(gòu)圖第7頁(yè)，共35頁(yè)。 11016/cm30.81m 0.9-111.2g3002g第27頁(yè)，共35頁(yè)。InGaAs/

5、InP PIN PD芯片光刻工藝檢驗(yàn)規(guī)范1、檢驗(yàn)內(nèi)容 待光刻片的質(zhì)量檢驗(yàn)光刻片的質(zhì)量檢驗(yàn)2、光刻質(zhì)量檢查 2.1 待光刻片的檢驗(yàn)用2010倍測(cè)量顯微鏡檢 Si3N4，Cr/Au、表面，應(yīng)無(wú)顆粒，顏色均勻。 2.2 光刻質(zhì)量檢驗(yàn)3.2.1 光刻圖形邊緣應(yīng)整齊，無(wú)鉆蝕，無(wú)毛刺，無(wú)小島。 3.2.2 光刻圖形上無(wú)殘留光刻膠。 3.2.3 Si3N4，Cr/Au、薄膜上無(wú)針孔。 3.2.4 一次光刻擴(kuò)散窗口無(wú)殘留Si3N4膜。 3.2.5 二次、三次Si3N4，Cr/Au、圖形套刻準(zhǔn)確。 4、檢查規(guī)定 4.1 刻蝕Si3N4片100%檢查。 4.2 刻蝕Cr/Au、片100%檢查。第28頁(yè)，共35頁(yè)。

6、InGaAs/InP PIN PDZn擴(kuò)散工藝的檢驗(yàn)規(guī)范1、檢驗(yàn)內(nèi)容反向擊穿電壓VBR: 暗電流ID： 2、擴(kuò)散質(zhì)量檢驗(yàn)2.1 在10A下測(cè)反向擊穿電壓VBR: VBR30V2.2 在-5V偏置下利用34401A數(shù)字電壓表粗測(cè)暗電流 55m ID0.5nA 300m ID3.5 nA2.3 測(cè)量擴(kuò)散結(jié)深XJ用顯結(jié)液HF:H2O2:H2O=1:1:10腐2分鐘，在1050倍顯微鏡下觀察擴(kuò)散剖面，擴(kuò)散結(jié)面應(yīng)平整，結(jié)線應(yīng)清晰。結(jié)深XJ=1.21.5m。 3、檢驗(yàn)規(guī)定反向擊穿電壓100%檢驗(yàn)暗電流100%檢驗(yàn)第29頁(yè)，共35頁(yè)。InGaAs/InP PIN PD芯片合金工藝的檢驗(yàn)規(guī)范 1、檢驗(yàn)內(nèi)容暗電

7、流ID反向擊穿電壓VBR正向壓降 VF 2、檢驗(yàn)方法2.1. 合金前，在-5V下，定點(diǎn)測(cè)暗電流 ID55m ID0.5nA。300m ID3.5nA。 2.2合金前，在10A下，定點(diǎn)測(cè)反向擊穿電壓VBR2.3合金前，在1mA下，定點(diǎn)測(cè)正向電壓VF3.合金后質(zhì)量檢驗(yàn) 3.1 用探針扎合金后的金屬電極，應(yīng)粘附好，不起層。 3.2 測(cè)試合金前定點(diǎn)管芯ID：55m ID0.5nA。300m ID3.5nA。3.3測(cè)試合金前定點(diǎn)管芯的正向壓降：55m VF1.0V。300m VF0.7V。 4、檢驗(yàn)規(guī)定4.1每片測(cè)35個(gè)點(diǎn)的正向壓降。 4.2每片定點(diǎn)測(cè)35個(gè)點(diǎn)的暗電流。第30頁(yè)，共35頁(yè)。 InGaAs

8、/InP PIN PD芯片外延材料檢驗(yàn)規(guī)范2、檢驗(yàn)內(nèi)容外延材料表面外延材料各層次厚度外延材料載流子濃度外延材料物理尺寸3、外延材料質(zhì)量檢驗(yàn)3.1 鏡檢 采用2010倍數(shù)的顯微鏡觀測(cè)外延材料表面應(yīng)鏡面、平整、光亮無(wú)劃痕。3.2 測(cè)量外延層各層厚度用K3Fe(CN)6 :KOH:H2O=1:1:10溶液顯影后，然后用5010倍測(cè)量顯微鏡測(cè)量各外延層厚度，各外延層應(yīng)界面平整，結(jié)線清晰，n-InGaAs吸收層2.5-2.0m，n-InGaAsP（n-InP）頂層0.81.2m。第31頁(yè)，共35頁(yè)。3.3測(cè)量外延片擊穿電壓根據(jù)擴(kuò)散后的擊穿電壓，換算出外延片有源層的載流子濃度。外延片擊穿電壓應(yīng)45V（對(duì)應(yīng)

9、的載流子濃度1.11016cm-3）。3.4測(cè)量外延材料物理尺寸外延材料直徑=50.5mm0.5 mm4、檢驗(yàn)規(guī)定4.1 襯底片表面抽樣率為100%4.2 外延層厚的抽樣率為100%。4.2 外延片擊穿電壓的抽樣率為100%。第32頁(yè)，共35頁(yè)。InGaAs/InP PIN PD芯片減薄工藝的檢驗(yàn)規(guī)范1、檢驗(yàn)內(nèi)容待減薄片厚度，減薄片厚度 2、檢驗(yàn)方法21用千分表將待減薄片依次測(cè)量其厚度，將厚度差為10m的片子粘到一個(gè)磨盤上，然后進(jìn)行減薄。 22 減薄質(zhì)量檢驗(yàn) 用千分表測(cè)厚度應(yīng)為200m 20m。 23 用1010顯微鏡觀察，減薄面無(wú)劃痕。 4、檢驗(yàn)規(guī)定 減薄厚度100%檢驗(yàn)。第33頁(yè)，共35頁(yè)。InGaAs/InP PIN PD芯片中測(cè)工藝的檢驗(yàn)規(guī)范1、檢驗(yàn)內(nèi)容 反向擊穿電壓 暗電流正向電壓2、檢驗(yàn)方法2.1 將不完整的芯片除去。2.2 在10下測(cè)反向擊穿電壓VB:VB30V。23北 在-5V下測(cè)暗電流ID:55m ID0.5nA。 300m ID3.5nA。3、檢驗(yàn)規(guī)定3.1 反向擊穿電壓VB100%檢測(cè)。3.2 暗電流100%檢測(cè)。3。2正向電壓100%檢測(cè) 第34頁(yè)，共35頁(yè)。InGaAs/InP PIN PD芯片減薄工