ОСОБЛИВОСТІ РОЗРОБКИ ІНФРАЧЕРВОНОГО ПІРОМЕТРА-РЕФЛЕКТОМЕТРА ДЛЯ ОТРИМАННЯ НАПІВПРОВІДНИКОВИХ ГЕТЕРОСТРУКТУР
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.67(1).2024.306723Ключові слова:
напівпровідники A3-B5, газофазна епітаксія з металоорганічних сполук, ГФЕ МОС, фотодіод, світлодіод, пірометрія з компенсацією випромінювання, оптико-електронні системи контролю параметрів, оптичний фільтрАнотація
Для усіх типів реакторів для технології газофазної епітаксії з використанням металоорганічних сполук AIII-BV існують загальні технічні вимоги. Серед них варто виділити великі градієнти температури, що спричиняють виникнення конвекційний петель, які, в свою чергу, враховуючи високу швидкість газового потоку, призводять до турбулентності в реакторі замість очікуваного ламінарного потоку. Важливим також є врахування зміни параметрів поверхні пластини в процесі росту та необхідність розрізнення корисного сигналу з поверхні пластини та фонового сигналу з тримача пластин, що обертається для рівномірного осадження сполук.
Для отримання якісних гетероструктур з відтворюваними параметрами важливо мати систему точного контролю температури на поверхні пластини безпосередньо в області осадження, оскільки процес осадження для багатьох складних напівпровідникових приладів (наприклад, лазерні діоди, світлодіоди, фотодіоди, транзистори на гетеропереходах) дуже чутливий до змін температури. Метод оптичної пірометрії є безконтактним, що дозволяє прецизійно визначати температуру поверхні пластини та відповідає технічним вимогам ростових реакторів технології газофазної епітаксії.
Дана стаття присвячена особливостям розробки оптоелектронних систем для прецизійного вимірювання температури під час епітаксійного росту з метою визначення критеріїв для вибору або розробки компонент оптоелектронної системи пірометра-рефлектометра. В роботі досліджені основні фізичні процеси, електро-оптичні характеристики Si фотодіода, AlGaAs/GaAs світлодіода та параметри смугових інтерференційних фільтрів.
На основі аналізу отриманих результатів досліджень і вимірювань розроблено наукові рекомендації щодо вибору та оптимізації параметрів компонентів пірометра (фотоприймачів, світлодіодів, оптичних фільтрів) з метою підвищення точності вимірювань та температурної стабільності вимірювання в умовах експлуатації пірометрів, які враховують компенсацію зміни випромінювальної здатності поверхні пластини.
Посилання
D. F. Storm, T. A. Growden, E. M. Cornuelle, P. R. Peri, T. Osadchy, J. W. Daulton, and D. J. Meyer, “Dependence of growth temperature on the electrical properties and microstructure of MBE-grown AlN/GaN resonant tunneling diodes on sapphire,” Journal of Vacuum Science & Technology B, vol. 38, no. 3, pp. 032214, 2020. DOI: 10.1116/6.0000052.
A. Gurary, M. Belousov, J. Bodycomb, V. Boguslavskiy, J. Ramer, and R. Hoffman, “Application of Emissivity Compensated Pyrometry for Temperature Measurement and Control During Compound Semiconductors Manufacturing,” in AIP Conference Proceedings - AIP TEMPERATURE: Its Measurement and Control in Science and Industry; vol. VII; Eighth Temperature Symposium - Chicago, Illinois (USA), vol. 684, pp. 843-848, 2003. DOI: 10.1063/1.1627233.
A. Voronko, D. Novikov, and O. Shymanovskyi, “Temperature Drift of Silicon Photodiode Spectral Sensitivity,” Radioelectronics and Communications Systems, vol. 66, is. 2, pp. 74–84, 2023. DOI: 10.3103/S073527272302005X.
S. I. Krukovskyi, V. Arikov, A. O. Voronko and V. S. Antonyuk, “Features of Low-Temperature GaAs Formation for Epitaxy Device Structures,” Journal of Nano- and Electronic Physics, 14, no. 2, 02016, 2022. DOI: 10.21272/jnep.14(2).02016.
V. G. Verbitskiy, V. S. Antonyuk, A. O. Voronko, L. M. Korolevych, D. V. Verbitskiy and D. O. Novikov, “Matrix of Photosensitive Elements for Determining the Coordinates of the Source of Optical Radiation,” Journal of Nano- and Electronic Physics, vol. 13, no. 4, article 04029, Aug 2021, doi: 10.21272/jnep.13(4).04029.
M. Tischler, “High Accuracy Temperature and Uncertainty Calculation in Radiation Pyrometry,” Metrologia, vol. 17, no. 2, pp. 49–57, 1981. DOI: 10.1088/0026-1394/17/2/003/.
M. Belousov, B. Volf, J. C. Ramer, E. A. Armour, and A. Gurary, “In situ metrology advances in MOCVD growth of GaN-based materials,” Journal of Crystal Growth, vol. 272, no. 1-4, pp. 94-99, Nov. 2004, doi: 10.1016/j.jcrysgro.2004.08.080.
A. Voronko and D. Novikov, “Dependence of temperature determination accuracy on the bandwidth of the interference filter in optical pyrometry systems,” Bull. Kyiv Polytech. Inst. Ser. Instrum. Mak., is. 65(1), pp. 52–57, Jun. 2023. DOI: 10.20535/1970.65(1).2023.283332.
L. Werner, J. Fischer, U. Johannsen, and J. Hartmann, “Accurate Determination of the Spectral Responsivity of Silicon Trap Detectors between 238 nm and 1015 nm Using a Laser-based Cryogenic Radiometer,” Metrologia, vol. 37, no. 4, pp. 279-284, 2000. DOI: 10.1088/0026-1394/37/4/3.
H. A. Weakliem and D. Redfield, “Temperature dependence of the optical properties of silicon,” Journal of Applied Physics, vol. 50, no. 3, pp. 1491-1493, 1979, DOI: 10.1063/1.326135.
M. R. Krames, O. B. Shchekin, R. Mueller-Mach, G. O. Mueller, L. Zhou, G. Harbers, M. G. Craford, "Status and Future of High-Power Light-Emitting Diodes for Solid-State Lighting," Journal of Display Technology, vol. 3, no 2, 2007. DOI: 10.1109/JDT.2007.895339.
P. Bai, Y. Zhang, T. Wang, Z. Shi, X. Bai, C. Zhou, Y. Xie, L. Du, M. Pu, Z. Fu, J. Cao, X. Guo, W. Shen, “Cryogenic characteristics of GaAs-based near-infrared light emitting diodes,” Semiconductor Science and Technology, vol. 35, no 3, 2020. DOI: 10.1088/1361 -6641 /ab6dbf.
D. Ban, H. Luo, H. C. Liu, Z. R. Wasilewski, A. J. SpringThorpe, R. Glew, M. Buchanan, "Optimized GaAs/AlGaAs light-emitting diodes and high efficiency wafer-fused optical up-conversion devices," Journal of Applied Physics, vol. 96, no 9, 2004. DOI: 10.1063/1.1785867.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Воронко Андрій, Новіков Денис, Вербицький Дмитро, Волошин Олександр, Белькевич Олексій, Чмир Максим, Голубець Маргарита
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
