Поглощает свет, генерирует ток
О том, как в Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН разрабатывают и производят новые фотодетекторы для оптоволоконных линий связи, рассказывает кандидат физико-математических наук Максим Аксёнов, заведующий лабораторией «Физико-технологических основ создания фотоприёмных устройств на основе полупроводников A₃B₅» ИФП СО РАН.
– Максим, почему у вас оранжевые двери и окна в лаборатории?
– Мы, как вампиры – боимся солнечного света. А если серьёзно, то дело в том, что здесь мы работаем с фоторезистивными плёнками (фоторезистами), которые крайне чувствительны к ультрафиолету и фиолетово-синей части видимого света. Там, где плёнка фоторезиста засвечена, она меняет свои свойства и начинает растворяться в определённых растворах – проявителях. Эти плёнки позволяют создавать разного рода рисунки на поверхности полупроводниковых материалов.
– Зачем нужно создавать такие рисунки?
– Мы пытаемся делать кристаллы (чипы) фотоприёмных устройств, которые широко используются, в частности, в оптоволоконных линиях связи. Чтобы сделать такой кристалл, нужно проделать около двух десятков фотолитографических операций (т.е. операций формирования фоторезистивных масок) для травления структур, формирования металлических контактов, диэлектрических покрытий и так далее. Эти операции проводятся на специальном оборудовании.
– Что это за оборудование?
– Это центрифуга для нанесения фоторезиста, с помощью которой образец с каплей фоторезиста по центру быстро раскручивается и, за счёт действия центробежных сил, формируется относительно однородная по высоте плёнка фоторезиста. В зависимости от скорости вращения и толщина получается разная – чем быстрее, тем тоньше. Также это специальные плитки, или шкафы для сушки фоторезиста, установки совмещения и экспонирования. Одна из них не требует физического фотошаблона и рисует картинку ультрафиолетом сразу, как лазерной указкой, а другая работает через фотошаблон с засветкой ультрафиолетовой лампой. Затем происходит проявление рисунка, как изображения на старых фотокарточках, в специальных растворах-проявителях, и промывка образцов. Так получается рисунок.
Фото: Андрей Афанасьев.
– Каков результат?
– Сейчас мы работаем вместе с белорусскими коллегами и совместно с ними разработали и апробировали конструкцию, которая имеет ряд преимуществ. Речь идёт о конструкциях СВЧ-фотодетекторов, или СВЧ-фотодиодов с барьером Шоттки, которые не используются в коммерчески доступных фотодетекторах за рубежом. Однако данная конструкция при прочих равных позволяет увеличивать выходную мощность фотодиода, что крайне важно в ряде применений.
– А что такое барьер Шоттки?
– Барьер Шоттки — это, по сути, обычный диод, который пропускает ток только в одну сторону. Представляет собой контакт металл-полупроводник.
– Почему такая работа важна?
– Дело в том, что в нашей стране никто не делает кристаллов СВЧ-фотоприёмных устройств именно на такой диапазон для оптоволоконной связи. А они необходимы, так как по оптоволокну идёт свет, но для компьютера нужен не свет, а электрический сигнал. Как свет из оптоволокна перевести в электричество? Фотоприёмник делает именно такую работу: поглощая свет, он генерирует электрический ток.
– Где же сейчас берутся фотоприёмники? Закупаются за рубежом?
– Сейчас – да, их закупают в Китае, Корее и так далее. Но сейчас появилась уникальная возможность изменить ситуацию по определённым позициям. У нас на втором этаже есть ростовые установки французского производства, закупленные достаточно давно, но сейчас уже делают неплохие отечественные аналоги. Используя данные ростовые установки, мы можем сами выращивать на подложках полупроводниковые структуры, необходимые для производства фотоприёмников.
– А вы свой институт уже перевели на собственноручно выращенные материалы?
– Пока нет, но вполне можем это сделать. Хотя важна возможность сделать это не в отдельно взятом институте, а во всей стране. Ситуация уникальна тем, что у нас система гибкая: мы можем что-то изменить в конструкции, управлять ростом полупроводниковых структур, тем самым улучшать характеристики конечного фотоприёмного устройства. То есть, с одном стороны, мы заняты стандартным импортозамещением, а с другой, занимаясь исследованиями, стараемся найти наиболее оптимальные конструкции. Сейчас мы делаем мелкие серии, доводим их до ума, а потом будем предлагать промышленности, хотя даже наши мощности позволяют делать примерно десять тысяч кристаллов в год. Это не так мало.
