УДК: 621.382, 621.383.5

Анализ структурно-технологических ограничений в кремниевых схемах считывания сигналов фотодиодов инфракрасного диапазона

Васильев В.В., Козлов А.И., Марчишин И.В., Сидоров Ю.Г., Якушев М.В.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Васильев В.В., Козлов А.И., Марчишин И.В., Сидоров Ю.Г., Якушев М.В. Анализ структурно-технологических ограничений в кремниевых схемах считывания сигналов фотодиодов инфракрасного диапазона // Оптический журнал. 2014. Т. 81. № 7. С. 39–45.

Vasiliev V.V., Kozlov A.I., Marchishin I.V., Sidorov Yu.G., Yakushev M.V. Analysis of structural–technological limitations in silicon circuits for reading photodiode signals in the IR region [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2014. V. 81. № 7. P. 39–45.

Ссылка на англоязычную версию:

V. V. Vasiliev, A. I. Kozlov, I. V. Marchishin, Yu. G. Sidorov, and M. V. Yakushev, "Analysis of structural–technological limitations in silicon circuits for reading photodiode signals in the IR region," Journal of Optical Technology. 81(7), 392-396 (2014). https://doi.org/10.1364/JOT.81.000392

Аннотация:

Представлены результаты исследования научно-технических принципов создания кремниевых мультиплексоров, предназначенных для считывания и предварительной обработки сигналов фотодетекторов инфракрасных спектральных диапазонов 8−14 и 3−5 мкм. Проведена оценка эквивалентной шуму разности температур фотоприемников длинноволнового инфракрасного диапазона на основе кремниевых мультиплексоров с построчным и кадровым накоплениями сигналов фотодиодов на основе соединения кадмий-ртуть-теллур. Проанализированы особенности влияния структурно-технологических ограничений в кремниевых схемах считывания на характеристики фотоприемников инфракрасной области в широком диапазоне параметров фотодиодов на основе соединения кадмий-ртуть-теллур и проектных норм технологии изготовления кремниевых мультиплексоров.

Ключевые слова:

кремниевый мультиплексор, многоэлементный инфракрасный фотоприемник, кремниевая схема считывания фототоков, фотодиод на основе соединения кадмий-ртуть-теллур

Благодарность:

Авторы выражают благодарность А.К. Панфиленко за работу по созданию мультиплексоров с шагом ячеек 30 мкм на технологической базе ОАО “Интеграл”; П.Р. Машевичу и А.А. Романову за помощь при изготовлении кремниевых мультиплексоров с шагом 35 мкм на технологической базе ОАО “Ангстрем”.

Коды OCIS: 040.3060, 110.3080, 130.5990

Список источников:

1. Варавин В.С., Гутаковский А.К., Дворецкий С.А., Карташев В.А., Латышев А.В., Михайлов Н.Н., Придачин Д.Н., Ремесник В.Г., Рыхлицкий С.В., Сабинина И.В., Сидоров Ю.Г., Титов В.П., Швец В.А., Якушев М.В., Асеев А.Л. Состояние и перспективы молекулярно-лучевой эпитаксии CdxHg1–xTe // Прикладная физика. 2002. № 6. С. 25–41.
2. Рогальский А. Инфракрасные детекторы. Новосибирск: Наука, 2003. 636 с.
3. Продукция фирмы “SOFRADIR”: Охлаждаемые ИК ФП // Официальный сайт группы компаний “SOFRADIR”. URL: http://www.sofradir-ec.com/products-cooled.asp (дата обращения: 10.03.2013).
4. Акимов В.М., Еремеева Л.Е., Лисейкин В.П., Щукин С.В., Патрашин А.И., Климанов Е.А., Тимофеев А.А., Гастев С.С. Разработка охлаждаемых МОП-мультиплексоров для считывания и обработки сигнала с фотодиодных КРТ-матриц // Оптический журнал. 1995. Т. 62. № 12. С. 63–70.
5. Бовина Л.А., Болтарь К.О., Бурлаков И.Д., Климанов Е.А., Патрашин А.И., Сагинов Л.Д., Стафеев В.И., Тимофеев А.А. Фокальные матрицы на основе КРТ-фотодиодов для спектральных диапазонов 3–5 и 8–12 мкм // Оптический журнал. 1996. Т. 63. № 6. С. 74–77.
6. Стафеев В.И., Болтарь К.О., Бурлаков И.Д., Акимов В.М., Климанов Е.А., Сагинов Л.Д., Соляков В.Н., Мансветов Н.Г., Пономаренко В.П., Тимофеев А.А., Филачев А.М. Матричные фотоприемные устройства среднего и дальнего инфракрасных диапазонов спектра на основе фотодиодов из CdxHg1–xTe // Физика и техника полупроводников. 2005. Т. 39. № 10. С. 1257–1265.
7. Mottin E., Pantigny P., Boch R. An improved architecture of IR FPA readout circuits // Proc. SPIE. 1997. V. 3061. P. 119–128.
8. Козлов А.И., Марчишин И.В., Овсюк В.Н., Шашкин В.В. Кремниевые мультиплексоры для многоэлементных фотоприемников ИК диапазона // Автометрия. 2005. Т. 41. № 3. С. 88–99.
9. Козлов А.И., Марчишин И.В., Овсюк В.Н. Кремниевые мультиплексоры 320×256 для инфракрасных фотоприемных устройств на основе КРТ-диодов // Автометрия. 2007. Т. 43. № 4. С. 74–82.
10. Козлов А.И. Анализ принципов построения схем кремниевых мультиплексоров для многоэлементных ИК фотоприемников // Автометрия. 2010. Т. 46. № 1. С. 118–129.
11. Козлов А.И. Особенности проектирования и некоторые реализации кремниевых мультиплексоров для инфракрасных фотоприемников // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 7. С. 19–29.

12. Козлов А.И., Марчишин И.В. Промышленно ориентированные разработки кремниевых мультиплексоров для многоэлементных ИК фотоприемников // Автометрия. 2012. Т. 48. № 4. С. 60–72.
13. Dalton G.B., Dennis P.N., Lees D.J., Hall D.J., Cairns J.W., Gordon N.T., Hails J.E., Giess J. Development of non-hybridised HgCdTe detectors for the next generation of astronomical instrumentation // Proc. SPIE. 2008. V. 7021. P. 1–5.
14. Cairns J.W., Buckle L., Pryce G.J., Hails J.E., Giess J., Crouch M.A., Hall D.J., Hydes A., Graham A., Wright A.J., Hollier C.J., Lees D.J., Gordon N.T., Ashl T. Integrated infrared detectors and readout circuits // Proc. SPIE. 2006. V. 6206. P. 1–9.
15. Zanio K., Mattson R., Chu M., Terterian S. HgCdTe on Si for monolithic focal plane arrays // Proc. SPIE. 1992. V. 1683. P. 179–190.
16. Yakushev M.V., Dvoretsky S.A., Kozlov A.I., Sabinina I.V., Sidorov Yu.G., Sorochkin A.V., Fomin B.I., Aseev A.L. HgCdTe monolithic infrared detector // Phys. Status Solidi C. 2010. V. 7. № 6. Р. 1681–1683.
17. Козлов А.И., Марчишин И.В., Овсюк В.Н. Кремниевые мультиплексоры 1×576 для ИК фотодиодов на основе соединения кадмий-ртуть-теллур // Микроэлектроника. 2008. Т. 37. № 4. С. 278–286.
18. Перечень КМОП-технологий фирмы “X-FAB”, доступных в режиме “кремниевой мастерской” // Официальный сайт фирмы “X-FAB”. URL: http://www.xfab.com/en/technology/cmos/ (дата обращения: 10.03.2013).
19. Информация о технологиях ОАО “Ангстрем” // Официальный сайт ОАО “Ангстрем”. URL: http://www.angstrem.ru/tehnology/ (дата обращения: 10.03.2013).
20. Информация о технологиях ОАО “НИИМЭ и Микрон” // Официальный сайт ОАО “НИИМЭ и Микрон”. URL: http://mikron.sitronics.ru/products/micron/technology/ (дата обращения: 10.03.2013).
21. Kozlowski L.J., Bailey R.B., Cabelli S.C., Cooper D.E., McComas G., Vural K., Tennant W.E. 640×480 PACE HgCdTe FPA // Proc. SPIE. 1992. V. 1735. P. 163–174.
22. Брунев Д.В., Варавин В.С., Васильев В.В., Дегтярев Е.В., Дворецкий С.А., Добровольский П.П., Захарьяш Т.И., Клименко А.Г., Крайлюк А.Д., Марчишин И.В., Михайлов Н.Н., Предеин А.В., Сабинина И.В., Сидоров Ю.Г., Сусляков А.О., Якушев М.В., Асеев А.Л. Инфракрасные фотоприемные устройства второго поколения на основе оптимизированных ГЭС КРТ МЛЭ // Тез. докл. Российского совещания по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники “Фотоника-2008”. Новосибирск, 2008. С. 4.
23. Васильев В.В., Варавин В.С., Дворецкий С.А., Марчишин И.В., Михайлов Н.Н., Предеин А.В., Ремесник В.Г., Сабинина И.В., Сидоров Ю.Г., Сусляков А.О. Матричный фотоприемник 320×256 со встроенным коротковолновым отрезающим фильтром // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 12. С. 36–41.