Research of the New Generation Spectrometry: Development of Design and Technologies for the Manufacturing of Innovative Diode

RD ALFA Microelectronics implements a research project within the second selection phase of project applications for the action programme “Growth and Employment”, specific support goal 1.2.1 “Increase of private sector investments in S&D (Search & Development), activity 1.2.1.1 “Support for the Development of New Products and Technologies Within the Competence Centres”.

Name of the research project: Research of the New Generation Spectrometry: Development of Design and Technologies for the Manufacturing of Innovative Diode Detectors.

ProjectNo. 1.2.1.1/16/A/002

Research objective is conducting of innovative industrial research of detectors of optical spectrum semi-conductor, in order to acquire new knowledge for the establishment of detectors manufacturing process, and to provide experimental elaboration by applying the new knowledge to build three prototypes of detectors and to iteratively improve accuracy of the industrial research with each of the prototypes.

The newly acquired knowledge must result in provision of detector manufacturing within the period of one year; furthermore, the detector must be close to the theoretical model with the base thickness ~2 µm and inter-barrier potential of 
Schottky diode basic element ~ 0.826eV.

The developed semi-conductor detector will serve as basis for the development of the optical sensor modulus to be used for the manufacturing of spectrophotometric devices (spectrometers, spectroradiometers, coating thickness measuring instruments, paint measuring instruments etc.).

On the frame of the project analysis of available photodiode and microelectronics spectrometers technologies were made and the theory of Dr. Prof S. Khudaverdjan for the operation of a new type of photodiode was investigated. An industrial research of innovative detectors of spectrum semiconductor has been carried out, new knowledge has been acquired for the development of detector production processes, and with the use of new knowledge, an experimental design has been carried out and  three prototypes of detectors were created:

- A variant of the detector (Version-3) was obtained, which produces low dc (<3 nA at 0.5V voltage) and a sufficiently high light sensitivity (50 µA current at the falling white spectrum and applied voltage 0.5V).

- Detector Version -3 is with improved characteristics compared to Detector Version-2b, for example, the p-n transition current at about 700 nm in the incident light wavelength gives about 100 currents more.

- Calculations were made and the incident light spectrum was reconstructed on the detector version -3. Spectra is calculated when the light falls from blue, green, red and white photodiodes and from a xenon lamp.

The accuracy of the industrial research has been improved in an iterative manner  with creation of each prototype.

Information in Latvian:

A/S “RD ALFA mikroelektronikas departaments” īsteno pētniecības projektu Darbības programmas "Izaugsme un nodarbinātība" 1.2.1. specifiskā atbalsta mērķa "Palielināt privātā sektora investīcijas P&A" 1.2.1.1. pasākuma "Atbalsts jaunu produktu un tehnoloģiju izstrādei kompetences centru ietvaros" otrās projektu iesniegumu atlases kārtas ietvaros.

Pētniecības projekta nosaukums: Jaunās paaudzes spektrometrijas pētījums: dizaina un tehnoloģiju izstrādei novatīvu diodes detektoru ražošanai.

ProjektsNr. 1.2.1.1/16/A/002

Pētījuma mērķis ir veikt inovatīvu optiskā spektra pusvadītāja detektoru rūpniecisko pētījumu, lai iegūtu jaunas zināšanas detektora ražošanas procesu izveidei, un, pielietojot jaunās zināšanas, veikt eksperimentālo izstrādni, lai iegūtu trīs detektoru prototipus un ar katru prototipu iteratīvi uzlabot rūpnieciskā pētījuma precizitāti.

Gala rezultātā jauniegūtām zināšanām gada laikā jānodrošina detektora ražošanu pietuvinātu teorētiskam modelim ar bāzes biezumu ~2µm un šotki diodes pamatelementa starpbarjeru potenciālu ~ 0.826eV.

Izstrādātais pusvadītāju detektors būs par pamatu optiskā sensora moduļ aizstrādei, kuru varēs izmantot spektrofotometrikso aparātu (spektrometu, spektroradiometru, pārklājuma biezuma mērītāju, krāsu mērītāju utt.)  ražošanai.

Projekta rezultātā ir sasniegts projekta mērķis.

Projekta ietvaros tika veikta tirgū pieejamo fotodiožu un mikroelektronikas spektrometru tehnoloģiju analīze un izpētīta Dr. Prof. S.Khudaverdjana izvirzītā teorija jauna tipa fotodiodes darbībai. Ir veikts inovatīva optiskā spektra pusvadītāja detektora rūpnieciskais pētījums, ir iegūtas jaunas zināšanas detektora ražošanas procesu izveidei, un, pielietojot jaunās zināšanas, ir veikta eksperimentālā izstrādne, ir iegūti trīs detektoru prototipi

-          Tika iegūts detektora variants (Versijas – 3), kurš dod zemu tumsas strāvu (< 3 nA pie 0.5V sprieguma) un pietiekoši lielu jūtību pret gaismu (50 µA strāva pie krītošā baltās gaismas spektra un pieliktā sprieguma 0.5V).

-          Detektora Versija -3 ir ar uzlabotiem raksturlielumiem, salīdzinājumā ar detektora Versiju -2b, piemēram, p-n pārejas strāva pie apmēram 700 nm krītošās gaismas viļņa garuma dod ap 100 lielāku strāvu.

-          Tika veikti aprēķini un rekonstruēts krītošais gaismas spektrs uz detektora versijas -3. Spektri aprēķināti, kad gaisma krīt no zilas, zaļas, sarkanas, baltas fotodiodes un no ksenona lampas.

Ar katru prototipu iteratīvi ir uzlabota rūpnieciskā pētījuma precizitāte.