2018 Fiscal Year Research-status Report
結晶セレンヘテロ接合構造の微細加工によるマイクロ光センサの高感度化
| Project/Area Number |
18K04914
|
|---|
| Research Institution | Ritsumeikan University |
|---|
Principal Investigator |
小林 大造 立命館大学, 理工学部, 准教授 (20557433)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 結晶セレン薄膜フォトダイオード / マイクロPDアレイ / 半導体微細加工プロセス / フレキシブル可視光センサ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、結晶セレン薄膜フォトダイオード（PD）の微細加工プロセスを開発し、光電変換素子の幅・長さを20 um以下まで小型化することで直列抵抗を低減し、大きな光生成電流を損失なく取り出し、PD小型化の高効率光電変換への有効性を示す。平成30年度は結晶セレンPDの各構成材料（ITO, TiO2, Se, Au)の加工プロセスを整備し、半導体微細加工プロセス技術により自作の簡易マスクを用いて50 um×50 umのマイクロPDアレイを試作した。光センサ小型化のための微細加工プロセスについては確立できており、マスク設計変更により20 um×20 umの光センサへの小型化についても実現できる見込みである。試作した超小型PDを用いて電流電圧特性を調べて光電流が得られることを確認した。加工プロセスによるPN接合へのダメージについても見積もった。以上について成果をまとめて論文発表を行った。ステンシルマスクを用いることでエッチングプロセスを行うことなくパターニングしたPDと比較して、エッチングを含む半導体微細加工により作製したPDは暗時漏れ電流（ノイズ）が大きくなった。エッチング条件の検討、および高精細ステンシルマスクを用いたマイクロPDの作製等の方法を検討しPN接合へのダメージ軽減に次年度取り組む予定である。一方で応用展開の試みとして透明ポリイミドフィルム上へマイクロ結晶セレンPDの加工プロセスの開発にも取り組み、フレキシブル可視光センサを試作し動作確認に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では結晶セレン薄膜PDの小型化の有効性を実証するために、3年間の研究計画の中で具体的に以下の4つのサブテーマを設定している。
a) 結晶セレンPDの超小型化設計
b) 結晶セレンPDの微細加工プロセス開発
c) ヘテロPN接合特性の最適化
d) 高感度マイクロ光センサのオンチップ動作モデルの開発
平成30年度はPDの微細加工プロセスは整備でき、プロセスによるPN接合特性への影響を把握することまではできたため(b)については概ね技術的目処が立った。(c)についても暗電流低減のための窓層の最適化にも取り組んでおり、フォトダイオードの性能改善の目処は立っており、今後窓層の物性データ取得を進め論文としてまとめる予定である。以上より1年目の研究成果としては概ね順調に進展していると考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は、結晶セレンPDのアバランシェ効果および集光効果により増倍した光電流の直列抵抗損失低減に対する、結晶セレンPDの幅・長さ・膜厚の因果関係を明らかにする。またヘテロPN接合特性については暗電流低減のための最適化は目処が立ってきているが、N型半導体材料の結晶構造制御およびバンドギャップ制御の根拠となる物性値取得を進め、論文としてまとめる。集光時の超小型光電変換素子の有効性を示すため、結晶セレンPDと組み合わせる集光素子の概念設計と試作を進める。
|
