[논문]레이저 검출용 고감도 실리콘 포토다이오드 제조 및 특성 분석에 관한 연구

이준명; 강은영; 박건준; 김용갑

doi:10.13067/jkiecs.201.9.5.555

초록
AI-Helper

본 논문에서 850nm~1000nm 파장대역에서 레이저를 검출하기 위한 고감도 실리콘 포토다이오드를 제조하고 전기적 및 광학적 특성을 분석하였다. 소자의 크기는 $5000{\mu}m{\times}2000{\mu}m$이며 두께는 $280{\mu}m$로 제조하여 TO-5 형태로 패키징 하였다. 전기적 특성으로 암전류는 5V 역 전압 일 때 0.1nA의 값을 나타내었으며 정전용량은 0V일 때 1kHz 주파수 대역에서 32.5pF와 200kHz 주파수 대역에서 32.4pF로 적은 정전용량의 값을 나타내었다. 또한 출력신호의 상승시간은 10V의 전압일 때 20.92ns로 고속 응답특성을 확인하였다. 광학적 특성으로는 890nm에서 최대 0.57A/W의 분광감응도를 나타내었고 1000nm에서는 0.37A/W로 감소한 분광감응도를 나타내고 있지만 870nm~920nm 파장대역에서는 비교적 우수한 분광감응도를 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to improve spectrum sensitivity of photodiode for detection of the laser wavelength at 850 nm ~ 1000 nm of near-infrared band, this study has produced silicon-based photodiode whose area is $5000{\mu}m{\times}2000{\mu}m$, and the thickness is $280{\mu}m$. It was packed...

In order to improve spectrum sensitivity of photodiode for detection of the laser wavelength at 850 nm ~ 1000 nm of near-infrared band, this study has produced silicon-based photodiode whose area is $5000{\mu}m{\times}2000{\mu}m$, and the thickness is $280{\mu}m$. It was packed by the TO-5 type. The electrical properties of the dark currents have valued of approximately 0.1 nA for 5 V reverse bias, while the capacitance showed 32.5 pF at frequency range of 1 kHz and about 32.4 pF at the range of 200 kHz for 0 V. In addition, the rising time of output signal was as fast response as 20.92 ns for 10V. For the optical properties, the best spectrum sensitivity was 0.57 A/W for 890 nm, while it was relatively excellent value of 0.37 A/W for 1,000 nm. Over all, there were good spectrum sensitivity for this diode over the range of 870 ~ 920 nm.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

헤더는 반도체 및 광학부품의 조립을 위한 기계적 기반을 제공하며 캡은 광학 신호의 전송을 담당한다. 따라서 본 논문에서는 광학적 및 전기적 기반을 담당하는 TO-5 형태의 패키지를 설계하고 제작하였다.
본 논문은 850nm∼1000nm 파장대역에서 적위선 레이저 광을 검출하기 위해 실리콘 기반 PIN 포토다이오드를 제작하고 TO-5형태로 패키징하여 전기적 특성 및 광학적 특성을 분석하였다.

제안 방법

실리콘 기판에 800℃ 이상에서 산소를 실리콘 기판 표면과 화학반응을 시켜, n+ 영역과 p+ 영역의 절연을 위해 실리콘 산화막을 형성하였다. 활성층에 이온주입 시 표면 손상을 감소시키기 위하여 얇은 산화막을 증착한 후 다이오드의 양극이 형성될 활성층과 누설전류를 방지하기 위한 가드링 영역에 붕소이온을 주입하여 그림 (a) Mask1을 이용해 p+ 층을 형성하고 고온에서 열처리를 진행하였다. p+ 층의 산화막을 식각처리하고 그림 (b) Mask2를 이용하여 n+ 층을 형성하였다.
본 논문에서는 근적외선 파장대역에서 분광감응도를 향상시키고자 실리콘 PIN포토다이오드를 제조하여 전기적 특성인 암전류, 정전용량, 상승시간을 전압의 변화에 따라 측정하였고 광학적 특성인 분광감응도는 850nm∼1000nm 파장대역에서 측정하여 특성을 분석하였다.
제작된 PIN 다이오드 소자는 TO-5 패키지의 크기에 맞춰 제작되었으며 공정 순서는 비저항 2600 Ωcm인 5 ̋ n-type(100) Si 웨이퍼를 기판으로 사용하여 n- 층을 형성시켰다. 실리콘 기판에 800℃ 이상에서 산소를 실리콘 기판 표면과 화학반응을 시켜, n+ 영역과 p+ 영역의 절연을 위해 실리콘 산화막을 형성하였다. 활성층에 이온주입 시 표면 손상을 감소시키기 위하여 얇은 산화막을 증착한 후 다이오드의 양극이 형성될 활성층과 누설전류를 방지하기 위한 가드링 영역에 붕소이온을 주입하여 그림 (a) Mask1을 이용해 p+ 층을 형성하고 고온에서 열처리를 진행하였다.
일정한 범위의 전압을 0V∼30V로 인가한 후 특정한 주파수대역에서 정전용량의 변화를 측정하였다.
제작된 실리콘 PIN 포토다이오드의 전기적 및 광학적 특성을 분석하였다. 전기적 특성 분석은 정전용량, 암전류, 상승시간을 측정하였으며 광학적 특성 분석은 분광감응도를 측정하였다. 그림 5는 제작된 PIN 포토다이오드의 I-V특성을 보여준다.
제작된 실리콘 PIN 포토다이오드의 전기적 및 광학적 특성을 분석하였다. 전기적 특성 분석은 정전용량, 암전류, 상승시간을 측정하였으며 광학적 특성 분석은 분광감응도를 측정하였다.

대상 데이터

제작된 PIN 다이오드 소자는 TO-5 패키지의 크기에 맞춰 제작되었으며 공정 순서는 비저항 2600 Ωcm인 5 ̋ n-type(100) Si 웨이퍼를 기판으로 사용하여 n- 층을 형성시켰다.

성능/효과

암전류는 5V의 역 전압 상태에서 측정되며 암전류를 측정하기 위해 0V∼10V의 역 전압을 인가하여 측정하였다. 5V의 역전압일 때 0.1nA로 낮은 암전류를 나타내는 우수한 전기적 특성을 얻을 수 있었다.
광학적 특성은 870nm∼920nm 파장대역에서 0.57A/W 의 분광감응도를 나타내었으며, 920nm 파장대역 이후부터는 서서히 감소하면서 1000nm 파장대역에서 0.37A/W의 분광감응도를 보였다.
상승 시간을 측정하기 위해 870nm 파장대역의 LD광원과부하저항 50Ω 조건에서 측정하였으며 0V에서는 상승 시간이 165ns이고 10V에서는 상승시간이 20.92ns로 레이저 검출용에 대한 고속 응답특성을 확인할 수 있었다.
37A/W의 분광감응도를 보였다. 이것은 실리콘 재료의 특성상 근적외선 파장대역에서 분광감응도가 급격히 감소하나 880nm 파장대역에서 0.6A/W에 근접하는 0.57A/W의 분광감응도를 나타냈기 때문에 레이저 검출용으로 비교적 우수한 특성임을 확인하였다. 향후 1000nm 이후 파장대역에서 분광감응도를 향상시키기 위한 도핑프로파일 최적화 및 Anti Reflection에 대한 연구를 진행할 예정이다.
적외선 검출하기 위해서 850nm ∼1000nm 대역에서 분광감응도를 살펴보면, 파장대역 870nm∼920nm 영역에서 분광감응도는 최대 0.57A/W 이었고 1000nm에서 0.37A/W, 그리고 1000nm∼1100nm 파장대역에서는 분광감응도가 급격히 감소한다.
본 논문은 850nm∼1000nm 파장대역에서 적위선 레이저 광을 검출하기 위해 실리콘 기반 PIN 포토다이오드를 제작하고 TO-5형태로 패키징하여 전기적 특성 및 광학적 특성을 분석하였다. 전기적 특성으로 암전류는 5V 역 전압에서 0.1nA로 낮은 암전류를 나타내고 정전용량은 0V 일 때 특정주파수 1kHz와 200kHz에서 각각 32.5pF와 32.5pF를 보여, 정전용량이 주파수에 무관한 우수한 전기적 특성임을 보였으며, 상승시간은 10V 전압에서 20.92ns로 고속응답특성을 확인하였다. 광학적 특성은 870nm∼920nm 파장대역에서 0.

후속연구

본 논문에서는 근적외선 파장대역에서 분광감응도를 향상시키고자 실리콘 PIN포토다이오드를 제조하여 전기적 특성인 암전류, 정전용량, 상승시간을 전압의 변화에 따라 측정하였고 광학적 특성인 분광감응도는 850nm∼1000nm 파장대역에서 측정하여 특성을 분석하였다. 이를 통해 향후 항공, 의료, 방산 등의 분야에서 레이저 검출용으로 응용될 수 있다.
57A/W의 분광감응도를 나타냈기 때문에 레이저 검출용으로 비교적 우수한 특성임을 확인하였다. 향후 1000nm 이후 파장대역에서 분광감응도를 향상시키기 위한 도핑프로파일 최적화 및 Anti Reflection에 대한 연구를 진행할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	포토다이오드(Photodiode)는 어떻게 사용되는가?	포토다이오드(Photodiode)는 광 통신, 컴퓨터, 군사 및 전자 시스템 등을 위한 적외선 센서등으로 널리 사용되고 있다. PIN 포토다이오드는 동작 파장대역과 높은 응답 속도, 낮은 노이즈를 갖기 때문에 광 애플리케이션에 가장 많이 사용되는 검출기이다[1].
	대표적인 반도체 소재로 사용되는 것은 무엇인가?	대표적인 반도체 소재는 단결정 실리콘(Si), 게르마늄(Ge)뿐 아니라 갈륨비소(GaAs), 탄화실리콘(SiC) 등의 혼합물과 유기물이 사용된다. 특히 재료적인 측면을 고려할 때, 저비용 대량생산측면에서 유기물재료에 대한 관심이 집중되고 있는 시점이지만 전기적 특성을 고려하면 혼합물에 비하여 전기적특성이 저하되는 단점이 있다[3].
	PIN 포토다이오드가 광 애플리케이션에 검출기로 많이 사용되는 이유는 무엇인가?	PIN 포토다이오드는 동작 파장대역과 높은 응답 속도, 낮은 노이즈를 갖기 때문에 광 애플리케이션에 가장 많이 사용되는 검출기이다[1]. 이는 공핍영역(진성층)에서 양자효율 및 과도응답, 주파수 응답을 최적화하기에 적절하기 때문이다[2].

참고문헌 (8)

P. S. Menon, S. K. Tasirin, I. Ahmad, and S. F. Abdullah, "Optimization of Process Parameters for Si Lateral PIN Photodiode," J. of World Applied Sciences, vol. 8, no. 1, 2013, pp. 98-103.
S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices. New Jersey : Wiley, 2007.
B.-J. Lee, "Polymer thin film organic transistor characteristics with plasma treatment of interlayers," J. of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 8, no. 6, 2013, pp. 797-804.

원문보기 상세보기
B.-J. Lee and H.-Y. Shin, "Water Vapor Permeability of SiO2 Oxidative Thin Film by CVD," J. of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 5, no. 1, 2010, pp. 81-87.
C. Z. Zhou and W. K. Warburton, "Noise analysis of low noise, high count rate, PIN diode X-ray detectors," IEEE Trans. Nuclear Science, vol. 43, no. 3, June 1996, pp. 1385-1390.

상세보기
C. R. Tull, J. S. Iwanczyk, B. E. Patt, G. Vilkelis, V. Eremin, E. Verbitskaya, N. Strokan, I. I1'yashenko, A. Ivanov, A. Sidorov, N. Egorov, S. Golubkov, and K. Kon'kov, "New High Sensitivity Silicon Photodetectors for Medical Imaging Application," IEEE Trans. Nuclear Science, vol. 50, no. 4, Aug. 2003, pp. 1225-1228.

상세보기
G. F. D. Betta, G. U. Pignatel, G. Verzellesi, and M. Boscardin, "Si-PIN X-ray detector technology," Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, vol. 395, no. 3, Aug. 1997, pp. 344-348.

상세보기
E.-S. Kim, "Small Particle Detection System by Optical Scattering Effect," J. of The Korea Institute of Electronic Communication Sciences, vol. 7, no. 3, 2012, pp. 579-583.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

[국내논문] 레이저 검출용 고감도 실리콘 포토다이오드 제조 및 특성 분석에 관한 연구
A Study on the Characteristics Analysis and Design of High Sensitivity Silicon Photodiode for Laser Detector 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 레이저 검출용 고감도 실리콘 포토다이오드 제조 및 특성 분석에 관한 연구 A Study on the Characteristics Analysis and Design of High Sensitivity Silicon Photodiode for Laser Detector 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

이준명 (6) 강은영 (5) 박건준 (28) 김용갑 (60)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 레이저 검출용 고감도 실리콘 포토다이오드 제조 및 특성 분석에 관한 연구
A Study on the Characteristics Analysis and Design of High Sensitivity Silicon Photodiode for Laser Detector 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper