Kukurudziak M. Photoelectric phenomena in silicon planar n+-p-p+- structures and physical and technical aspects of manufacturing photodiodes based on them.

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0825U004006

Applicant for

Specialization

  • 104 - Фізика та астрономія

Specialized Academic Board

PhD 11080

Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University

Essay

The dissertation is devoted to a comprehensive study of the photoelectric properties of silicon planar n⁺–p–p⁺ structures and to the development of recommendations for improving p–i–n photodiodes based on newly established physical phenomena and regularities. The work investigates the influence of the electrophysical parameters of silicon and the dopant concentration in the n⁺ and p⁺ layers on the photoelectric characteristics of photodetectors. Based on the identified physical causes of defect formation on the surface and within the bulk of the structures, a number of new methods have been proposed to reduce the density of crystallographic defects. The dissertation presents novel approaches to the design and fabrication of p–i–n photodiodes, derived from the established relationships between the photoelectric properties of silicon planar n⁺–p–p⁺ structures, which constitute the scientific novelty of the work. Innovative p–i–n photodiode structures with increased isolation resistance of active elements, enhanced photosensitivity and detectivity, and minimal dark current levels have been developed. The relevance of the research lies in the wide application potential of the studied structures and photodetectors based on them in modern technologies that require high sensitivity, fast response, and efficient conversion of optical signals into electrical ones.

Research papers

1. Kukurudziak M. S. 1064 nm wavelength pin photodiode with low influence of periphery on dark currents. Journal of nano- and electronic physics. 2022. Vol. 14, No. 1. P. 01023-1 – 01023-4. https://doi.org/10.21272/jnep.14(1).01023 (Scopus).

2. Kukurudziak M. S. Formation of dislocations during phosphorus doping in the technology of silicon p-i-n photodiodes and their influence on dark currents. Journal of nano- and electronic physics. 2022. Vol. 14, No. 4. P. 04015-1 – 04015-6. https://doi.org/10.21272/jnep.14(4).04015(Scopus).

3. Kukurudziak M. S. Diffusion of phosphorus in technology for manufacturing silicon p-i-n photodiodes. Semiconductor Physics, Quantum Electronics & Optoelectronics. 2022. Vol. 25, No. 4. P. 385-393. https://doi.org/10.15407/spqeo25.04.385 (WoS, Scopus).

4. Kukurudziak M. S. Influence of surface resistance of silicon p-i-n photodiodes n+-layer on their electrical parameters. Physics and chemistry of solid state. 2022. Vol. 23, No. 4. P. 756-763. https://doi.org/10.15330/pcss.23.4.756-763 (WoS, Scopus).

5. Kukurudziak M. S. Problems of Masking and Anti-Reflective SiO2 in Silicon Technology. East European Journal of Physics. 2023. No. 2. P. 289-295. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-2-33 (WoS, Scopus).

6. Kukurudziak M. S. Isolation of Responsive Elements of Planar Multi-Element Photodiodes. East European Journal of Physics. 2023. No. 3. P. 434-440. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-3-48 (WoS, Scopus).

Кукурудзяк М. С. Дослідження морфології макропористого Si, одержаного металом стимульованим щавленням за допомогою Au. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. 2023. Т. 21, №. 3. С. 605-616. https://doi.org/10.15407/nnn.21.03.605 (Scopus).

8. Kukurudziak M. S., & Lipka V. M. Influence of silicon characteristics on the parameters of manufactured photonics cells. East European Journal of Physics. 2023. No. 4. P. 197-205. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2023-4-24 (WoS, Scopus).

9. Kukurudzіak M. S. The influence of the structure of guard rings on the dark currents of silicon p-i-n photodiodes. Physics and Chemistry of Solid State. 2023. Vol. 24, No. 4. P. 603-609. https://doi.org/10.15330/pcss.24.4.603-609 (WoS, Scopus).

10. Kukurudziak M. S., & Maistruk E. V. Study of the Charge Carrier Collection Coefficient of Silicon p-i-n Photodiodes. East European Journal of Physics. 2024. No. 1. P. 386-392. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-1-39 (Scopus Q3; WoS).

11. Kukurudziak M. S. Effect of Structural Defects on Parameters of Silicon Four-Quadrant p-i-n Photodiodes. East European Journal of Physics. 2024. No. 2. P. 345-352. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-41 (Scopus Q3; WoS)

12. Kukurudziak M. S., Lipka, V. M., & Ryukhtin, V. V. Silicon p-i-n Mesa-Photodiode Technology. East European Journal of Physics. 2024. No. 3 P. 385-389. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-3-47 (Scopus Q3; WoS).

13. Kukurudziak M. S., Maistruk E. V., & Koziarskyi I. P. Influence of Boron Diffusion on Photovoltaic Parameters of n+-p-p+ Silicone Structures and Based Photodetectors. East European Journal of Physics. 2024. No. 4. P. 289-296. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-4-31 (Scopus Q3; WoS).

14. Kukurudziak M. S., & Ryukhtin V. V. Methods of Correction of Spectral Characteristics of Silicon Photodetectors. East European Journal of Physics. 2025. No. 1. P. 290-294. https://doi.org/290-294. 10.26565/2312-4334-2025-1-34 (Scopus Q3; WoS).

15. Kukurudziak M. S., & Maistruk E. V. Influence of chromium sublayer on silicon P-I-N photodiodes responsivity. Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering: Fifteenth International Conference on Correlation Optics. 2021, December. Vol. 12126. P. 511-518. https://doi.org/10.1117/12.2616170. ISSN: 0277-786X. (WoS, Scopus).

16. Kukurudziak M. S., & Maistruk E. V. High-responsivity silicon p–i–n mesa-photodiode. Semiconductor Science and Technology. 2023. Vol. 38, No. 8. P. 085007. https://doi.org/10.1088/1361-6641/acdf14 (WoS; Scopus Q2).

17. Kukurudziak M. S. A method of increasing the interquadrant resistance of four-quadrant p-i-n photodiodes. Journal of Instrumentation. 2024. Vol. 19, No. 9, P. P09006. https://doi.org/10.1088/1748-0221/19/09/P09006. (WoS, Scopus Q3).

18. Kukurudziak M. S., Maistruk E. V., Yatskiv R., Koziarskyi I. P., & Koziarskyi D. P. Silicon p-i-n photodiode with reduced crystallographic defect density and structured surface. Journal of Physics D: Applied Physics. 2025. Vol. 58, No. 16. P. 165106. https://doi.org/10.1088/1361-6463/adbd4d (WoS, Scopus Q2).

19. Кукурудзяк М. С. Вплив хімічної обробки на товщину просвітлюючого SiO2 в кремнієвій технології. Напівпровідникові матеріали, інформаційні технології та фотовольтаїка: тези доповідей на VIІ Міжнародній науково-практичній конференції: 14-16 травня, 2022 р. Кременчук, 2022. С. 18-19. URL: https://drive.google.com/file/d/1l6LZMdaehKpjnbeE9BEoZapmBXCXq_QL/view

20. Кукурудзяк М. С. Дослідження спектральної характеристики чутливості p-i-n фотодіодів. Перспективні напрямки сучасної електроніки, інформаційних і комп'ютерних систем (MEICS-2022). Тези доповідей на VII Всеукраїнській науково-практичній конференції: 23-25 листопада 2022 р., м. Дніпро, 2022. С. 155-156. URL: http://meics.dnure.dp.ua/files/MEICS-2022.pdf

21. Кукурудзяк М. С. Метод оцінки часу життя неосновних носіїв заряду кремнієвих p-i-n фотодіодів. Перспективні напрямки сучасної електроніки, інформаційних і комп'ютерних систем (MEICS-2023). Тези доповідей на VIII Всеукраїнській науково-практичній конференції: 22-24 листопада 2023 р., м. Дніпро, 2023. С. 191-192. URL: http://meics.dnure.dp.ua/files/MEICS-2023.pdf

22. Кукурудзяк М. С. Залежність параметрів напівпровідникових приладів від їх розміщення на підкладці. Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я: тези доповідей ХXХІ міжнародної науково-практичної конференції MicroCAD-2023, 17–20 травня 2023. Харків : НТУ «ХПІ». С. 191-192. URL: https://repository.kpi.kharkov.ua/items/ea5b83c5-0561-47cb-a4d0-67aacd51c994

23. Кукурудзяк М. С., Кукурудзяк А. М. Дефектоутворення на поверхні кремнієвих підкладок при термічному напиленні золота. Сучасні інформаційні та електронні технології: труди XXІV міжнародної науково-практичної конференції «СІЕТ-2023», 29-31 травня, 2023 р. Одеса, 2023. С. 101-102. URL: https://old.tkea.com.ua/siet/archive/2023/01.pdf

24. Кукурудзяк М. С. Кремнієвий p-i-n фотодіод із зниженою кількістю поверхневих структурних дефектів. Збірник тез конференції молодих вчених з фізики напівпровідників «Лашкарьовські читання – 2023» з міжнародною участю, Київ, 4-5 квітня 2023 року. Україна. С. 51-52. URL: https://sci.ldubgd.edu.ua/jspui/bitstream/123456789/12751/1/22.pdf

25. Kukurudziak M. S. Isolation of responsive elements of coordinate p-i-n photodiodes by p + -layer. Proceedings of the 51th International School & Conference on the Physics of Semiconductors «Jaszowiec 2023»: June 17–23, 2023. Szczyrk, Poland, 2023. P. 264. URL: https://www.jaszowiec.edu.pl/2023/

26. Кукурудзяк М. С. Утворення макропористого кремнію металостимульованим травленням за допомогою Cr. 9-та Українська наукова конференція з фізики напівпровідників: матеріали конференції. – Ужгород: ТОВ "Рік-У", 2023. С. 324-325. URL: https://drive.google.com/file/d/1M968vAoavH5bL16QUgsM5M9K7VmHaop3/view

27. Кукурудзяк М. С. Фотодіод з абсорбційним кремнієвим фільтром. ІХ Всеукраїнська науково-практична конференція «MEICS-2024»: Перспективні напрямки сучасної електроніки, інформаційних і комп'ютерних систем, 27-29 листопада, 2024 р. Дніпро, 2024. С. 237-238. URL: http://meics.dnure.dp.ua/files/MEICS-2024.pdf

Files

Similar theses