Fotodetectori cu nanocristale de GeSn in matrice de Si3N4 cu fotosensibilitate ridicata in intervalul 0.5 – 2.4 µm (GeSnPhotoSiNdet)


Project Director: Dr. Ionel STAVARACHE
ID-ul Proiectului: cod PN-III-P1-1.1-TE-2021-1491
Director de Proiect: Dr. Ionel Stavarache
Tipul proiectului: National
Programul de incadrare al proiectului: Programul 1 - Dezvoltarea sistemului național de cercetare-dezvoltare;
Finantare: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii - UEFISCDI
Contractor: INSTITUTUL NATIONAL DE CERCETARE - DEZVOLTARE PENTRU FIZICA MATERIALELOR
Numar contract: TE 71 / 2022
Status: In progress
Data de inceput: 15 Mai 2022
Data finalizarii: 14 Mai 2024

Scopul proiectului este de a fabrica un demonstrator pentru dispozitive de fotodetectori cu GeSn nps (top contact/GeSn-nps:Si3N4/Si sau cuarț/contact de spate), având parametri vizați: raport fotocurent/curent de întuneric cel putin 2 ordine de marime, timp de raspuns mic:µs, domeniu spectral extins pana la 2.4µm, responsivitate ridicata si detectivitate buna. Propunem o abordare nouă și originală utilizand un strat activ care oferă o limită spectrală în SWIR datorită proprietăților Si3N4 de a induce o tensiune de intindere în film. Aceasta se obtine prin co-depunere sau depunere multistrat de diferite rapoarte și compozitii de GeSn în Si3N4. Obiective: O1. Depunerea prin MS a structurii GeSn-ncs:Si3N4/Si sau cuarț, prin diferite abordări noi. Pentru aceasta, parametrii critici de depunere (puterea pe tinte, presiunea de lucru, flux de gaz sau temperatura substratului) vor fi reglati fin pentru a fi optimizati; O2. Formarea de GeSn-ncs în matrice de Si3N4 cu morfologie controlată (dimensiune, uniformitate și densitate); O3. Dezvoltarea probelor test cu proprietati fotoconductive controlate de morfologie, complet caracterizate; O4. Obținerea demonstratorului pentru dispozitive de fotodetector cu parametri de fotodetector vizati, testat în conformitate cu TRL3. Diseminare: 1 aplicatie brevet, 3 articole ISI, 2 conferințe si pagina web.

Dr. Ionel Stavarache

Dr. Ana-Maria Lepadatu

Dr. Catalin Palade

Dr. Ioana-Maria Avram Dascalescu

Dr. Adrian Slav

Drd. Mihalcea Catalina-Gabriela

Dr. Catalin Negrila

Drd. Ovidiu Cojocaru

Etapa I/2022

In Etapa I/2022 au fost realizate structuri de fotodetector pe baza de filme de GeSnSi3N4 in care concentratia de Sn in film de a fost variata intre ~4 %vol. si ~ 18 %vol.. Filmele au fost depuse prin pulverizare cu magnetron pe substrat de Si si cuart mentinut la temperatura camerei in timpul depunerii.

Formarea de nanocristale/doturi de GeSn in filmele de GeSnSi3N4 s-a realizat prin tratament termic RTA, dupa optimizarea parametrilor necesari si anume temperaturi in intervalul 325 - 700 °C.

Morfologia si structura filmelor investigate sunt puternic dependente de concentratia de Sn in filmele de GeSnSi3N4. In filmele amorfe cu concentratie de Sn crescuta, structura este mai dilatata in sensul ca, distanta dintre atomii din prima sfera de coordinatie si a doua sfera de coordinatie este crescuta. Acest fenomen se intimpla si in GeSn cristalizat, adica creste constanta de retea odata cu cresterea concentratiei de Sn.

Investigatiile optice pun in evidenta influenta concentratiei de Sn din filme asupra pragului de absorbtie. In filmele unde concentratia de Sn este de aproximativ 18 %vol., pragul de absorbtie are valoarea de 0.5 eV fata de valoare de 0.7 eV corespunzatoare concentratie de Sn de ~4 %vol..

Caracteristicile IV obtinute pe filme de GeSnSi3N4 / Si arata ca fotocurentul este mai mare cu 4 ordine de marime fata de curentul de intuneric si este puternic dependent de temperatura de masura. In plus, dependenta spectrala a fotocurentului pe aceste filme prezinta o banda larga de sensibilitate, in intervalul 520 – 1750 nm. Rezultatele obtinute din investigatiile optice sunt in stransa concordanta cu cele spectrale si demonstreaza ca aceste filme au proprietati fotoconductive adecvate pentru fabricarea fotodetectorilor.

In concluzie, obiectivele si activitatile propuse pentru Etapa I/2022 au fost integral realizate.

2022

Lucrare indexata ISI:

“Extended near infrared photo-response influenced by host matrix change in Ge nanoparticle-based films”, I. Stavarache, C. Palade, A. Slav, P. Prepelita, V. S. Teodorescu, M. L. Ciurea, IEEE conference, 45th Edition of International Semiconductor Conference (CAS), pp. 231-234, 2022 October 12-14, Sinaia, Romania; IEEE Catalog Number: CFP22CAS-USB;
ISBN: 978-1-6654-5253-3

Dr. Ionel Stavarache

Institutul National de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor

Magurele, Ilfov, PO BOX MG-7, 077125

e-mail: stavarache@infim.ro

Romania


PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE


Back to top

Copyright © 2023 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved