ID Proiect: 08CERN/2022

Durata: 1.01.2022- 30.09.2024

Titlu proiect: Procesul de pierdere a dopajului în urma iradierii senzorilor de siliciu de tip p – învestigare de defecte și parametrizare / ARP

Obiectivele proiectului:

Prezentul proiect este parte integranta a RD50, cu subgrupul Caracterizarea de Materiale și Defecte. Directorul prezentului proiect este conducătorul echipei INCDFM implicata în colaborarea CERN-RD50 și conducatorul aceste linii de cercetare în cadrul colaborarii RD50. Obiectivul general al acestul proiect este de a înțelege procesul de pierdere a dopajului acceptor cu Bor din siliciul de tip p iradiat și de a parametriza acest fenomen pentru diferite concentrații de impurități B, C și O și diferite fluențe de iradiere. Astfel vor putea fi indentificate soluții adecvate de inginerie a defectelor pentru a maximiza rezistența la iradiere a diferitelor tipuri de senzori (PAD, pixeli și benzi, LGAD și HVCMOS). Toți acești senzori au în comun pierderea concentrației de Bor inițială după iradiere, efect cunoscut sub numele de “acceptor removal process” (ARP). În cadrul acestui proiect vor fi efectuate studiile necesare pentru investigarea defectelor și pentru înțelegerea procesului de pierdere a dopajului de Bor în siliciul de tip p iradiat. Vor fi obținuți parametrii descriptivi pentru defectele asociate borului cât și ratele de generare, astfel încat să se realizeze o parametrizare cât mai completă a ARP în dispozitivele de tip PAD, LGAD și HVCMOS dezvoltate în cadrul colaborarii RD50.

Studiile precedente au indicat un numar de dificultăți majore care au împiedicat obținerea unor rezultate suficiente pentru parametrizarea ARP și, deci, de a găsi soluții aplicabile pentru a minimiza acest proces în dispozitivele de interes: (i) Bistabilitatea defectului BiOi, măsurabilă doar în una dintre cele două configurații. – BiOi^A(0/+) , împreună cu timpul îndelungat necesar pentru stabilizarea configurației structurale a defectului. (ii) Imposibilitatea de a investiga ARP în stratul puternic dopat din structurile LGAD supuse iradierii cu fluențe mari, și de a determina profilul de adâncime a defectelor cauzate de implantările cu B și C în stratul puternic dopat, p+. (iii) Imposibilitatea caracterizării defectelor în joncțiunea dintre substratul de tip p și stratul adanc de tip n (DNWELL) existentă în structurile HVCMOS prin oricare dintre tehnicile spectroscopice din cauza capacităților mici ale structurilor și a tensiunii de străpungere mici . În plus, studiile preliminare au arâtat că cel mai adesea cantitatea de Bor din probe nu este egală cu dopajul determinat prin analize C-V, producătorii de plachete de Si realizând dopajul necesar folosind compensarea cu fosfor iar acest lucru reprezintă un impendiment în încercarea de a parametriza ARP. Prezentul proiect își propune să depășească dificultățiile menționante anterior prin efectuarea unor studii multi-parametrice, dedicate pentru indentificarea: conținutului de impurități în plachete de siliciu și în straturile implantate (prin investigații LA-ICPMS și SIMS), ratele de generare ale defectelor în straturile bulk și implantate ale structurilor de interes precum și constantele de timp pentru care dispozitivele devin stabile (prin DLTS, TSC, CV/IV), toți parametrii de care depinde ARP pentru o descriere completă a acestui proces în structurile PAD, LGAD și HVCMOS (modelare/simulare pentru care se vor folosi parametrii de intrare valorile extrase prin investigaţiile de defecte şi impurităţi). Scopul final al proiectului este acela de a parametriza cu succes efectul ARP pentru diferite scenarii de operare și de a oferi soluții de optimizare a ingineriei defectelor pentru a minimiza acest efect dăunător.

Etape/Activitati (An)

I. Studiul dispozitivelor PAD si LGAD iradiate (2022)

I.1 Studii LA-ICPMS studies (determinare concentratii de impuritati in senzori de Si

I.2 Investigatii CV/IV si de defecte

I.3 Modelari numerice ale variatiei in timp a IV/CV (Neff) si a semnalelor DLTS/TSC degenrate de defectul B_iO_i^A(0/+)

I.4 Dezvoltare de modele de calcul pentru descrierea semnalelor dependente de temperatura de catre dispozitivele puternic iradiate

II. Continuarea studiilor inclusiv pe diode de tip G si structuri HVCMOS pasive (2023)

II.1 Studii LA-ICPMS pe dispozitive imediat dupa procesare si dupa iradiere

II.2 Continuarea investigatiilor CV/IV si de defecte inclusiv pe structurile test HVCMOS si pe diodele de tip G implantate cu Carbon si neiradiate

II.3 Modelare cinetica de defecte in structurile investigate

III. Parametrizarea procesulului ARP in structuri PAD, G-PAD, LGAD si HVCMOS iradiate (2024)

III.1 Studii LA-ICPMS pe diodes PAD de tip G si pe structuri HVCMOS pasive irradiate si imbatranite termic

III.2 Investigatii CV/IV si de defecte in diode PAD de tip G cu diferite implantari de C, dupa iradiere si tratamente termice

III.3 Dezvoltarea modelului ARP care sa descrie rezultatele experimentale obtinute