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Detail

Technology of Multi-Cell Silicon Photo-Detector for 1060nm Wavelength

Manager
Park Kun Sik
Participants
Koo Jin-Gun, Kim Gyu Yeol, Kim Sang Gi, Park Kun Sik, Park Byung Mu, Park Jong-Moon, Bae Yoon Kyu, Shin Dong Suk, Won Jong Il, Yoo Seong Wook, Lee Jin Ho, Lee Hyo Hyun, Lee Hee Tae, Lim Byung Won, Cho Doo Hyung
Transaction Count
2
Year
2014
Project Code
13ZV1100, 중소기업 동반성장 및 기술사업화 성과확산, Hyun Tchang Hee
14ZV1100, ETRI-중소기업 동반성장을 위한 기업 현장 확산형 기술지원 및R&BD 사업화 촉진, Huh Sung Ik
○ "공통 플랫폼 구축 및 특화기술지원" 사업의 2차년도(2013년) 및 3차년도(2014년) 연구 개발 결과 중 “1060nm 파장대역 Multi-Cell 실리콘 포토디텍터 기술”을 개발하여 그 기술을 외부 중소기업에 기술이전하고자 함
○ 본 이전기술은 1060nm 파장대역에서의 광 감응도(Responsivity)가 높고, 반응속도(Response Time)가 빠르며, 높은 항복전압 및 낮은 누설전류 특성을 갖는 대면적의 Multi-Cell (4분할) 실리콘 Photo-Detector (PD)에 대한 소자/공정의 설계 및 제조기술임.
○ 1000nm ~ 1100nm 대역의 Photo-Detector(PD)는 Laser Detection 및 Guidance, High Speed Photometry, Near-IR Pulsed Light Sensor 등 다양한 응용분야에서 사용되고 있으며, 특히 항공/의료/방산 등의 분야에서 Laser Tracker용으로 사용되고 있음.
○ 1000nm ~ 1100nm 대역에서 높은 분광감응도를 가지는 다른 제품으로는 InGaAs PD가 있지만, 큰 면적의 PD 제작이 힘들고(단가 등), 누설전류가 크며, 빠른 Response Time을 위해 필요한 높은 Reverse Bias를 견디지 못하는 등 여러 가지 제약 요소가 있음.
○ 최근, 1000nm~1100nm IR 대역의 Laser 광원에 대한 Photo-Detector의 개발 요구가 증가하고 있고, 특히, 국내 방산분야의 Laser 유도무기체계에 사용되는 시스템에서 1060nm 파장대역의 Photo-Detector가 필요하지만, 국내 업체에서는 제품 생산업체가 없어 전량 해외제품을 수입하여 사용하고 있는 실정이며 이에 대한 국산화가 시급함.
○ 본 기술이전을 통하여 1000nm ~ 1100nm 대역의 실리콘 Multi-Cell Photo-Detector 생산기술을 국내업체에 기술이전함으로써, 항공.방산 분야 뿐만 아니라 Laser Detection 및 Guidance, High Speed Photometry, Near-IR Pulsed Light Sensor 등 다양한 응용분야에서 수입대체 및 수출효과를 가져올 수 있으며, 관련 제품의 국가 경쟁력을 향상시킴.
○ 개발기술의 내용은 1000nm ~ 1100nm의 Near-IR 파장대역에서의 광 감응도(Responsivity)가 높고, 반응속도(Response Time)이 빠르며, 높은 항복전압 (>180V) 및 낮은 누설전류 (<100 nA/PD) 특성을 갖는 대면적(Active Area 직경 ≒ 1.4 cm)의 Multi-Cell (4분할) 실리콘 Photo-Detector (PD)에 대한 소자/공정의 설계 및 제작 기술임.
o 1000nm ~ 1100nm 파장 대역의 Multi-Cell 실리콘 포토디텍터는 Laser Detection 및 Guidance, High Speed Photometry, Near-IR Pulsed Light Sensor 등 다양한 응용분야에서 사용되고 있으며, 특히 항공/의료/방산 등의 분야에서 Laser Tracker용으로 사용되고 있음.

o 기술이전 대상 기술은 1060nm 파장대역의 4분할 실리콘 포토디텍터 제작 기술로써 높은 분광감응도, 빠른 반응속도, 높은 항복전압, 낮은 누설전류 특성이 요구되며, 이를 위해서는 아래의 기술이 확보되어야 함.
- 1060nm 파장대역 Silicon Photo-Detector용 기판 선정
- 4분할 Photo-Detector 소자 구조 설계 및 Layout 설계 기술
- Photo-Detector 수광부 및 Guardring 형성 기술
- Anti-Reflective Layer 형성 및 Metallization 기술
- Silicon Photo-Detector 제작 Process Integration 기술

o 기술이전 대상 기술인 1060nm 파장대역의 4분할 실리콘 포토디텍터의 주요 특성은 아래와 같음.
- Chip 크기: 1.5cm x 1.5cm ±10%
- 수광부 직경 (Active Area): 1.4cm ±10%
- 4분할 수광부간 거리: < 200㎛
- 역방향 항복전압: > 180V (@10㎂)
- 누설전류: < 100nA (@150V)
- 감응도(Responsivity): > 0.4 A/W (@1060nm, Vr=150V)
- Rising Time: < 20ns (@1060nm, Vr=150V, Load Resistance=50Ω)
o 1060nm 파장 대역 Multi-Cell 실리콘 포토디텍터 소자/공정 설계 기술
- 1060nm 파장대역 실리콘 포토디텍터용 기판 선정
- 실리콘 포토디텍터 구조
- 실리콘 포토디텍터 Chip Layout (마스크 설계 Data)
- 실리콘 포토디텍터 제작 Process Integration 기술 (Process Flow)

o 1060nm 파장 대역 Multi-Cell 실리콘 포토디텍터 제작 기술
- 실리콘 포토디텍터 수광부 및 가드링 형성 기술
- Anti-Reflection Layer 형성 기술
- Metal 배선 공정 기술
- 실리콘 포토디텍터 제작에 필요한 제반 단위 공정 조건 (공정 Recipe)
- 실리콘 포토디텍터 제작을 위한 Process Sheet
○ 1000nm~1100nm 대역의 Laser Detector는 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.
○ 1000nm~1100nm 대역의 Laser Detector는 전량 수입에 의존하고 있으므로 본 기술이전을 통한 국산화는 광반도체 산업에서 Laser Detector 제품의 수입대체 및 수출 효과가 기대됨.
○ 국내 방산에 사용되는 Laser 유도무기 체계 System의 Laser Detector의 국산화가 가능하기 때문에 경제적 효과를 비롯하여 국내 방산기술의 위상을 높일 수 있음.
○ 본 기술이전을 통한 제품 국산화를 통해서 X-ray 영상용 Photo-Detector 등 디자인, 동작전압 및 파장대역을 달리한 다양한 Photo-Detector의 개발로 사업화 제품의 다변화를 꾀할 수 있음.