850nm 이상 피크파장의 근적외선 대역 고감도 실리콘 APD 소자/공정 설계 및 제작기술
- 근적외선 대역 APD는 항복 전압 이하의 역바이어스 전압에서 동작하며, PIN Photodiode와 달리 소자 내부의 증폭기능에 의하여 입사광에 대해 50~100의 이득(Gain)을 가지기 때문에 약한 광신호를 감지할 수 있는 고감도 포토다이오드로서 Laser Tracker 뿐만 아니라 다양한 레이저 검출기, LiDAR, Optical Rangefinders, FSO(Free Space Optics), Scintillation Detectors 등에 폭넓게 사용되고 있음.
- 특히, 850nm 이상의 Peak Sensitivity Wavelength를 가지는 실리콘 APD (Si-APD)는 자율주행용 스마트 자동차의 LiDAR용 핵심부품인 레이저 Detector로 적용 중이며, 또한 국방용 유도무기체계의 유도장치용 Laser Tracker에 있어서 기존의 Si PIN 다이오드를 대체할 것으로 전망되고 있어, 근적외선 대역에서 최적화된 실리콘 APD 제품에 대한 국내외 고객들의 Needs 및 국산화 요구가 증가하고 있음
- 850nm 이상의 피크파장을 가지는 근적외선 대역 실리콘 APD의 경우, Hamamatsu(일), Excelitas(미), First Sensor(독) 등 선진국의 경우 다양한 제품군으로 출시하고 있으나 국내의 경우 관련 제품 개발 및 생산 기술의 부족으로 국산화 및 세계 시장 진입이 요구되는 기술/제품임.
- 본 기술이전을 통하여 850nm ~ 1100nm 대역의 고감도 실리콘 APD 제작기술을 국내업체에 기술이전함으로써, 항공.방산 분야 뿐만 아니라 LiDAR, 산업용 센서, 헬스케어 등 다양한 응용분야에서 수입대체 및 수출효과를 가져올 수 있으며, 관련 제품의 국가 경쟁력을 향상시킴.
- 개발기술의 내용은 850nm 이상의 피크감도파장을 가지는 Near-IR 대역 실리콘 APD로써 근적외선 대역에서의 광 감응도(Responsivity)와 이득(Gain)이 높고, 낮은 동작전압 (<300V) 및 낮은 누설전류 (<10 nA) 특성을 갖는 실리콘 APD에 대한 소자/공정 설계 및 제작 기술임.
- 기술이전 대상 기술은 880nm 이상의 피크 감도 파장을 가지는 실리콘 APD 설계 및 제작 기술로써 높은 이득 및 분광감응도, 낮은 동작전압, 낮은 누설전류 특성이 요구되며, 이를 위해서는 아래의 기술이 확보되어야 함.
. 880nm 이상의 피크파장 감도를 가지는 실리콘 APD 기판 선정 기술
. 실리콘 APD 소자 구조 설계 및 Layout 설계 기술
. 실리콘 APD 애벌런치 영역 및 Guardring 형성 기술
. Anti-Reflective Layer 형성 및 Metal 배선 형성 기술
. 실리콘 APD 제작을 위한 Process Integration 기술
- 기술이전 대상 기술인 근적외선 대역 실리콘 APD의 주요 특성은 아래와 같음.
. 피크 감도 파장 (Peak Sensitivity Wavelength, @M=100) ≥ 880nm
. 항복전압 ≤ 300V (@1㎂)
. 이득 (Gain, M, @950nm, 90%-BV) ≥ 100
. 누설전류 (Dark Current, @M=100) ≤ 10nA
. 감응도 (Responsivity, @950nm, M=100) ≥ 40 A/W
- 근적외선 파장 대역 고감도 실리콘 APD 소자/공정 설계 기술
. 근적외선 파장대역 실리콘 APD용 기판 조건
. 실리콘 APD 구조 및 Chip Layout (마스크 설계 Data)
. 실리콘 APD 제작 Process Integration 기술 (Process Flow)
- 근적외선 파장 대역 고감도 실리콘 APD 제작 기술
. 실리콘 APD 제작에 필요한 제반 단위 공정 조건 (공정 Recipe)
. 실리콘 APD 제작을 위한 Process Sheet (Runsheet)
- 이전기술에 대한 요구사항정의서, 시험절차 결과서, 상세설계서, 연구결과 문서 (Technical Memo).
- 근적외선 대역의 Silicon APD는 항공/운수/방산 분야 뿐만 아니라 Laser Guidance, High Speed Photometry, Near-IR Pulsed Light Sensor 등 다양한 응용분야에서 사용되고 있고, 제품에 대한 응용분야 및 수요가 점차적으로 증가할 것으로 예상됨.
- 850nm 이상의 피크감도파장을 가지는 실리콘 APD는 전량 수입에 의존하고 있으므로 본 기술이전을 통한 국산화는 광반도체 산업에서 Laser Detector 제품의 수입대체 및 수출 효과가 기대됨.
- 본 기술이전을 통한 제품 국산화를 통해서 디자인 및 파장대역을 달리한 다양한 Photo-Detector의 개발로 사업화 제품의 다변화를 꾀할 수 있음.