ПРОЕКТЫ 2022 ГОДА

Разработка УФ-С фотодиода на основе Ga₂O₃

Петренко Артем Александрович

Руководитель

Аспирант, научный сотрудник ЛОФДиГ

Исполнители

Агеев А. Е.

Иванов А. Ю.

Ковач Я. Н.

Лобанова Е. Ю

Рябкова Е. А.

Садыков Д. И.

Шубин Я. Р.

Кремлева Арина Валерьевна

Научный консультант

Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ЛОФДиГ

ОПИСАНИЕ

В качестве объекта разработки выступает фотодиод с барьером Шоттки, максимум токовой чувствительности которого приходится на диапазон длин волн от 200 до 280 нм. Данный спектральный диапазон отличается значительным поглощением солнечного излучения в атмосфере, что позволяет фотоприемным устройствам функционировать практически без внешней засветки. Основу активной области разработанного фотодиода составляют эпитаксиальные слои оксида галлия, полученные методом хлорид-гидридной газофазной эпитаксии. Актуальность разработки фотодиода спектрального диапазона 200-280 нм обоснована отсутствием на коммерческом рынке эффективных фоточувствительных приборов. Вызвано это тем, что большинство современных фотодиодов, например, кремниевые и карбид-кремниевые, имеют низкую токовую чувствительность в УФ-С диапазоне, поскольку они создаются, как правило, на основе полупроводниковых фотодиодов УФ-А и УФ-В диапазонов и светофильтров, и максимумы их токовой чувствительности приходятся на большие длины волн. Разработанный фотодиод УФ-С диапазона на основе оксида галлия отличается интегральной спектральной чувствительностью 0,52 А/Вт, величиной темнового тока – 0,09 нА.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Интегральная чувствительность в спектральном диапазоне (200-280) нм	0,52 А/Вт
Коэффициент поглощения эпитаксиального слоя в УФ-С диапазоне длин волн (200-280) нм	0,93 А/Вт
Темновой ток	0,09 нА
Рабочее напряжение	10 В
Эффективная фоточувствительная площадь	1,2 мм²
Площадь фоточувствительного элемента с контактными площадками	9,4 мм²
Толщина фоточувствительного элемента	0,58 мм
Толщина эпитаксиального слоя	8,2 мкм
Диаметр эпитаксиального слоя	2,65 мм
Толщина подложки	325,9 мкм
Диаметр подложки	4,4 см
Масса фотодиода	0,8 г
Средняя наработка на отказ	7800 ч
Тип корпуса фотодиода	ТО-5

Разработанный фотодиод с барьером Шоттки в ходе проведения испытаний фоточувствительности

Снимок кристалла опытного образца в корпусе

Опытный образец с увеличенным изображением кристалла фотодиода

СЭМ-снимок кристалла опытного образца с отмеченными областями контактов и фоточувствительной площадки

Специальная техника, используемая для мониторинга и контроля в медицине и биологии, обнаружения высоковольтных разрядов и пламени различного происхождения, контроля ЛЭП, создания систем связи, УФ-спектроскопии, контроля озонового слоя, астрономических наблюдений; фотодиоды УФ-С диапазона широко используются в датчиках контроля пламени для помехозащищенного контроля факела в топках энергетических котлов ТЭЦ, ГРЭС, котельных, контроля пламени горелок для нефтехимических производств, такими фотоприемниками оснащаются датчики мониторинга возгораний хозяйственных и природных объектов.

Высокая интегральная чувствительность в спектральном диапазоне 200–280 Нм – 0,52 А/Вт, низкий темновой ток – 0,09 нА, высокий коэффициент поглощения эпитаксиального слоя Ga2O3 в диапазоне длин волн 200-280 нм – 0,93, стандартный корпус ТО-5.