用于较紫外光EUV,集成选择性带通薄膜滤波片的硅光电二极管

2023-04-21 浏览次数:88

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选择了六个在较紫外光谱中具有有用带通的涂层进行研究:铝、铝/碳,铝//钪,钛,锡,和银。这些滤波片通常用于0.180纳米的区域,并有1050纳米的带通。滤光材料涂层是由有经验的无支架滤光片供应商在晶圆上涂抹的,以确保光学质量是较先进的。

涂层和非涂层光电二极管的辐射测量是通过美国国家标准技术研究所(NIST)的较紫外探测器标准进行的。该设施同时利用了NIST电子存储环同步辐射源、SURF II和一个配备有等离子体的实验室系统。这些设施的实验系统和程序以前已经描述过,探测器效率是通过与NIST工作标准相互比较进行的,这些标准已经被校准使用稀有气体电离室(**检测器)。从这些测量结果中得出装置效率的不确定性(两个标准差),从这些测量中得出的设备效率在7%22%之间,取决于波长。

结果:涂层光电二极管的光谱效率测量结果在图2中显示为不连续的数据点。图中还显示了根据硅的转换效率和薄膜涂层的透射率计算出来的光电二极管效率,包括15纳米厚的二氧化硅钝化层在内的薄膜涂层的透过率。一个硅的转换效率为每3.63eV的光子能量有一个电子-空穴对。假设这些计算在这个光谱区域的反射损失可以忽略不计(在正常入射下),因为薄膜涂层的密度可以随着沉积方法的不同而变化,涂层的厚度被调整,以为了使计算结果更好地适应测量数据。可以看出,计算值和测量的设备效率之间有合理的一致性。

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2硅光电二极管的计算(曲线)和测量(点)效率,涂有几种常见的EUV过滤材料。计算结果包括滤波器和光电二极管表面的Si02钝化氧化物中的损失。计算中使用的有效薄膜厚度在表1中给出。

1计算中使用的单个薄膜组件的厚度,2中所示。15纳米厚的二氧化硅层的吸收损失被包括在内,括号中的厚度是假设的氧化铝层,也包括在计算中。


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3显示了涂有TiYZrC的组合的光电二极管的测量和计算响应。给出了一个带通,在5纳米附近有一个自然的短波长截止。这些设计有一个类似于Be涂层的光电二极管的带通,其测量的响应被显示出来进行比较,但不存在使用Be时发现的毒性问题。

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3涂有Ti/Y/C6 nm/210 nm/55 nm)或Ti/Zr/C6 nm/195 nm/50 nm)的硅光电二极管的测量和计算响应,与涂有Be400纳米)的光电二极管的响应进行比较。

每个芯片的暗电流在沉积过滤层之前和之后都进行了测量,在所有的情况下,测量值都没有明显增加,涂层前后的典型暗电流值约为100 fA,该电流的噪声变化约为一个数量级。

对有涂层的光电二极管进行额外的测试,以确定任何可见光泄漏的程度,通过不透明的滤光片涂层确定任何可见光泄漏的程度。该程序包括用一束直径约为1mm氦氖激光束扫描有源区以测量对可见光的排斥,并检测涂层中是否存在任何针孔。涂层中的任意针孔,发现相对于未过滤的响应,典型的拒绝量级为56个量级,这代表了比没有特殊侧结的光电二极管结构的重大改进。大多数涂层发现边缘附近有一些与加工芯片有关的针孔,我们预计,更好的沉积和处理技术将提供更多的无针孔涂层。


X射线排斥技术

在某些应用中,通过减少对X射线的反应来改善滤光片涂层硅光电二极管的隔离反应是非常有用的,通过减少它们对X射线的反应来提高隔离度。其中较明显的受益环境是那些涉及来自能量水平**500-1000MeV的机器的同步辐射。一个相对简单的方法,可以用来减少X射线的反应,在适当的入射角度下,从一个合适的镜子中增加一次反射,肯定会阻止X射线辐射到硅。人们可以改变镜子的角度或材料,以及滤波片材料来调整所需的反应。图4显示了一个简单安排的示意图,可能的配置,它可能适合于某些应用。

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4单一反射光度计的设计实例,配置为减少对X射线的反应

5显示了具有图4所示配置的探测器组件的计算效率,以及没有滤膜和镜面的裸硅探测器的计算效率。

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5,图4中所示类型的单反射光度计的计算效率。光谱带通可以通过反射器材料的选择来改变,掠射角和滤波片材料的选择来改变光谱带通。一个无涂层的硅光电二极管的计算效率也显示出来。

6显示了较窄带通配置的*二个例子。这里的滤光膜和镜子都是银色的,掠射角是20°。

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6利用银镜和光电二极管表面银涂层的单反射光度计的计算效率,计算结果不包括表面薄膜。

另一种x射线排斥辐射的技术是减少活性硅层的厚度。入射辐射的1/e吸收(单位光学深度)所需的硅厚度作为波长的函数如图7所示。这些计算是用晶体硅吸收系数进行的,通过使用绝缘体上的硅晶圆,在技术上可以使活性约1 um厚的硅层,在这种硅厚度下,小于2纳米波长的x射线辐射将被大量拒绝,因此大多数光子将通过活性硅层而不被检测到。

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