mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2026-14-2-69-79HEGGBAmireabulletin-1466Research ArticleМИКРО- И НАНОЭЛЕКТРОНИКА. ФИЗИКА КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯMICRO- AND NANOELECTRONICS. CONDENSED MATTER PHYSICSПоиск технологических решений, направленных на снижение количества дефектов изображения в гибридном приборе ближнего инфракрасного диапазонаSearch of technological solutions aimed at reducing the number of image defects in a hybrid SWIR devicehttps://orcid.org/0000-0002-0084-564XЕгоренковА. А.EgorenkovA. A.

Егоренков Артём Александрович, начальник научно-исследовательского отдела

194223, Санкт-Петербург, пр-т Тореза, д. 68, лит. Р.

Artyom A. Egorenkov, Head of Scientific Research Department

a.egorenkov@niielectron.ruhttps://orcid.org/0009-0009-7160-8308ДаниловаИ. В.DanilovaI. V.

Данилова Ирина Владимировна, инженер

194223, Санкт-Петербург, пр-т Тореза, д. 68, лит. Р.

Irina V. Danilova, Enginee

i.danilova@niielectron.ruhttps://orcid.org/0009-0007-0006-867XБибиноваМ. И.BibinovaM. I.

Бибинова Мария Ивановна, инженер-технолог

194223, Санкт-Петербург, пр-т Тореза, д. 68, лит. Р.

Maria I. Bibinova, Enginee

m.bibinova@niielectron.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0664-1808ЧелышковС. Н.ChelyshkovS. N.

Челышков Сергей Николаевич, инженер

194223, Санкт-Петербург, пр-т Тореза, д. 68, лит. Р.

Sergei N. Chelyshkov, Enginee

s.chelyshkov@niielectron.ruhttps://orcid.org/0009-0003-7248-5852ВязниковА. Н.VyaznikovA. N.

Вязников Алексей Николаевич, генеральный директор

194223, Санкт-Петербург, пр-т Тореза, д. 68, лит. Р.

Alexei N. Vyaznikov, CEO

a.vyaznikov@niielectron.ruhttps://orcid.org/0009-0009-4140-8794БаталовК. С.BatalovK. S.

Баталов Константин Сергеевич, заместитель начальника научно-исследовательского отдела

194223, Санкт-Петербург, пр-т Тореза, д. 68, лит. Р.

Konstantin S. Batalov, Deputy Head of the Research Department

k.batalov@niielectron.ruАО «ЦНИИ «Электрон»РоссияNRI ElectronRussian Federation2026090420261426979Copyright © Егоренков А.А., Данилова И.В., Бибинова М.И., Челышков С.Н., Вязников А.Н., Баталов К.С., 20262026Егоренков А.А., Данилова И.В., Бибинова М.И., Челышков С.Н., Вязников А.Н., Баталов К.С.Egorenkov A.A., Danilova I.V., Bibinova M.I., Chelyshkov S.N., Vyaznikov A.N., Batalov K.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/1466Цели

Цели. Основная цель работы – уменьшение дефектов изображения, получаемого в гибридном фотоприемнике с диапазоном чувствительности 0.95–1.65 мкм на основе фотокатода из фосфида индия/арсенида галлия-индия (InP/InGaAs). Для этого необходимо улучшить качество поверхности фотокатода перед взрывной фотолитографией, а также обеспечить высокую воспроизводимость фотолитографического процесса.

Методы

Методы. Для достижения поставленной цели проведена серия экспериментов по очистке поверхности и по усовершенствованию технологического процесса взрывной фотолитографии. Для подготовки поверхности опробованы следующие методы: химическое травление поверхности InGaAs, покрытие поверхности фотокатода защитным слоем фоторезиста перед резкой пластины, использование различных способов удаления фоторезиста (в диметилформамиде и плазме), внедрение механической очистки поверхности. Для усовершенствования фотолитографии проведены эксперименты со временем и способами сушки фоторезиста, проведено варьирование режимов экспонирования и проявления, заменен фоторезист.

Результаты

Результаты. Изготовленные по усовершенствованной технологии образцы демонстрируют более чем девятикратное снижение среднего процента дефектов от общей площади поверхности фотокатода по сравнению со старыми образцами: с 0.317% до 0.035%. Благодаря улучшению качества поверхности фотокатода изображение в готовом приборе стало более однородным, количество дефектов изображения значительно уменьшилось. Обеспечена высокая воспроизводимость процесса.

Выводы

Выводы. Усовершенствованная технология подготовки поверхности, а также уменьшение толщины фоторезиста, используемого во взрывной фотолитографии, привело к увеличению однородности изображения в гибридном приборе, а также к уменьшению дефектов. Предлагаемый подход может быть применен при серийном производстве гибридных высокочувствительных фотоприемников ближнего инфракрасного (ИК) диапазона и позволяет им быть конкурентоспособными с мировыми аналогами.

Objectives

Objectives. The primary aim of this study is to minimize image defects in a hybrid photodetector with a sensitivity range of 0.95–1.65 μm, based on an InP/InGaAs photocathode. In order to achieve this, the surface quality of the photocathode must be improved prior to lift-off photolithography. In addition, the photolithographic process must be made highly reproducible.

Methods

Methods. In order to achieve this goal, a series of experiments on surface cleaning and improvement of the lift-off photolithography process were conducted. The following surface preparation methods were tested: chemical etching of the InGaAs surface; coating the photocathode surface with a protective photoresist layer before cutting the plate; using various photoresist removal methods (in dimethylformamide and plasma); and mechanical surface cleaning. In order to improve photolithography, experiments were conducted on drying times and photoresist methods, exposure and development modes were varied, and photoresist was replaced.

Results

Results. Samples manufactured using the improved technology demonstrate a more than ninefold reduction in the average percentage of defects on the photocathode surface from 0.317% to 0.035%. Thanks to the improved quality of the photocathode surface, the image in the finished device is more uniform and the number of image defects significantly decreased. The process is highly reproducible.

Conclusions

Conclusions. Improvements in surface preparation technology, coupled with a reduction in the thickness of the photoresist used in lift-off photolithography lead to greater uniformity of images in hybrid devices and fewer defects. The proposed approach can be used for the mass production of high-sensitivity near-infrared hybrid photodetectors, making them competitive with those produced elsewhere.

фотоприемники ближнего ИК-диапазонаInP/InGaAs-фотокатодочистка поверхности InGaAsвзрывная фотолитографияSWIR photodetectorsInP/InGaAs photocathodesurface cleaning of InGaAslift-off photolithographyReferencesКриксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. Радио; 1978, 400 с.Kriksunov L.Z. Spravochnik po osnovam infrakrasnoi tekhniki (Handbook of the Fundamentals of Infrared Technology). Moscow: Sovetskoe Radio; 1978, 400 p. (In Russ.).Hansen M.P., Douglas S.M. Overview of SWIR detectors, cameras, and applications. In: Proceedings of SPIE 6939 Defense and Security Symposium (Thermosense XXX). 2008. P. 69390I-1–69390I-11. https://doi.org/10.1117/12.777776Hansen M.P., Douglas S.M. Overview of SWIR detectors, cameras, and applications. In: Proceedings of SPIE 6939 Defense and Security Symposium (Thermosense XXX). 2008. P. 69390I-1–69390I-11. https://doi.org/10.1117/12.777776Айнбунд М.Р., Егоренков А.А., Пашук А.В. Особенности изображений воды, льда, снега, предметов и человека, формируемых гибридной телевизионной камерой в ближнем инфракрасном диапазоне. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021;21(5):619–625. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-5-619-625Ainbund M.R., Egorenkov A.A., Pashuk A.V. Features of images of water, ice, snow, objects and a human formed by a hybrid television camera in the near-infrared range. Nauchno-tekhnicheskii vestnik informatsionnykh tekhnologii, mekhaniki i optiki = Scientific and technical journal of information technologies, mechanics and optics. 2021;21(5):619–625 (in Russ.). https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-5-619-625Song H., Yeo S., Jin Y., Park I., Ju H., Nalcakan Y., Kim S. Short-Wave Infrared (SWIR) Imaging for Robust Material Classification: Overcoming Limitations of Visible Spectrum Data. Appl. Sci. 2024;14(23):11049. https://doi.org/10.3390/app142311049Song H., Yeo S., Jin Y., Park I., Ju H., Nalcakan Y., Kim S. Short-Wave Infrared (SWIR) Imaging for Robust Material Classification: Overcoming Limitations of Visible Spectrum Data. Appl. Sci. 2024;14(23):11049. https://doi.org/10.3390/app142311049Pavlovic M.S., Milanovic P.D., Stankovic M.S., Peric D.B., Popadic I.V., Peric M.V. Deep Learning Based SWIR Object Detection in Long-Range Surveillance Systems: An Automated Cross-Spectral Approach. Sensors. 2022;22(7):2562. https://doi.org/10.3390/s22072562Pavlovic M.S., Milanovic P.D., Stankovic M.S., Peric D.B., Popadic I.V., Peric M.V. Deep Learning Based SWIR Object Detection in Long-Range Surveillance Systems: An Automated Cross-Spectral Approach. Sensors. 2022;22(7):2562. https://doi.org/10.3390/s22072562Wilson R.H., Nadeau K.P., Jaworski F.B., Tromberg B.J., Durkina A.J. Review of short-wave infrared spectroscopy and imaging methods for biological tissue characterization. J. Biomed. Opt. 2015;20(3):030901. http://doi.org/10.1117/1.JBO.20.3.030901Wilson R.H., Nadeau K.P., Jaworski F.B., Tromberg B.J., Durkina A.J. Review of short-wave infrared spectroscopy and imaging methods for biological tissue characterization. J. Biomed. Opt. 2015;20(3):030901. http://doi.org/10.1117/1.JBO.20.3.030901Егоренков А.А., Зубков В.И., Соломонов А.В., Миронов Д.Е., Пашук А.В., Айнбург М.Р. Гибридный матричный фотоприемник для ИК-области спектра. Известия СПбГЭТУ “ЛЭТИ”. 2021;4:15–22. https://www.elibrary.ru/wvtgwiEgorenkov A.A., Zubkov V.I., Solomonov A.V., Mironov D.E, Pashuk A.V., Ainbund M.R. Hybrid matrix photodetector for infrared spectral range. Izvestiya SPbGETU “LETI” = Proceedings of Saint Petersburg Electrotechnical University. 2021;4:15–22 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/wvtgwiEnloe W., Sheldon R., Reed L., Amith A. Electron-bombarded CCD image intensifier with a GaAs photocathode. In: Proceedings of Symposium on Electronic Imaging: Science and Technology. 1992. P. 41–49. https://doi.org/10.1117/12.60337Enloe W., Sheldon R., Reed L., Amith A. Electron-bombarded CCD image intensifier with a GaAs photocathode. In: Proceedings of Symposium on Electronic Imaging: Science and Technology. 1992. P. 41–49. https://doi.org/10.1117/12.60337Zhang Y., Chen J., Yang J., Fu M., Cao Y., Dong M., Yu J., Dong S., Yang X., Shao L., Hu Z., Cai H., Liu C., Huang F. Sensitive SWIR Organic Photodetectors with Spectral Response Reaching 1.5 μm. Adv. Mater. 2024;36(41):2406950. https://doi.org/10.1002/adma.202406950Zhang Y., Chen J., Yang J., Fu M., Cao Y., Dong M., Yu J., Dong S., Yang X., Shao L., Hu Z., Cai H., Liu C., Huang F. Sensitive SWIR Organic Photodetectors with Spectral Response Reaching 1.5 μm. Adv. Mater. 2024;36(41):2406950. https://doi.org/10.1002/adma.202406950Costello K.A., Davis G.A., Weiss R.E., Aebi V.W. Transferred electron photocathode with greater than 5% quantum efficiency beyond 1 micron, In: Proceedings SPIE 1449 (Electron Image Tubes and Image Intensifiers II). 1991. P. 40–50. https://doi.org/10.1117/12.44264Costello K.A., Davis G.A., Weiss R.E., Aebi V.W. Transferred electron photocathode with greater than 5% quantum efficiency beyond 1 micron, In: Proceedings SPIE 1449 (Electron Image Tubes and Image Intensifiers II). 1991. P. 40–50. https://doi.org/10.1117/12.44264Мусатов А.Л., Израэльянц К.Р., Коротких В.Л., Филиппов С.Л., Руссу Е.В., Дякону И.И. Эмисионные характеристики полупроводниковых гетероструктур с барьером Шоттки InGaAs-InP-Ag. Физика и техника полупроводников, 1990;24(9):1523–1530.Musatov A.L., Izraelyants K.R., Korotkikh V.L., Filippov S.L., Russu E.V., Dyakonu I.I. Emission characteristics of semiconductor heterostructures with a Schottky barrier InGaAs-InP-Ag. Phizika i technika polyprovodnikov = Physics and Techniks of Semiconductors. 1990;24(9):1523–1530 (in Russ.).Aebi V., Costello K., Davis G., LaRue R., Weiss R. Near IR Photocathode Development. In: Proceedings of 1997 Meeting of the IRIS Specialty Group on Active System. 1997. Tucson. US.Aebi V., Costello K., Davis G., LaRue R., Weiss R. Near IR Photocathode Development. In: Proceedings of 1997 Meeting of the IRIS Specialty Group on Active System. 1997. Tucson. US.Wang X., Shi M., Su L., Yang L., Deng X., Zhang Y., Tan H. NEA GaAs photocathode for electron source: From growth, cleaning, activation to performance. Mater. Today Phys. 2025;52:101680. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2025.101680Wang X., Shi M., Su L., Yang L., Deng X., Zhang Y., Tan H. NEA GaAs photocathode for electron source: From growth, cleaning, activation to performance. Mater. Today Phys. 2025;52:101680. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2025.101680Sun Y., Liu Z., Pianetta P. Surface dipole formation and lowering of the work function by Cs adsorption on InP(100) surface. Vac. Sci. Technol. A. 2007;25(5):1351–1356. https://doi.org/10.1116/1.2753845Sun Y., Liu Z., Pianetta P. Surface dipole formation and lowering of the work function by Cs adsorption on InP(100) surface. Vac. Sci. Technol. A. 2007;25(5):1351–1356. https://doi.org/10.1116/1.2753845Долгих А.В., Леонов И.А. Сканирующая эллипсометрия высокого разрешения как метод контроля чистоты поверхности ОЭС-фотокатодов при производстве электронно-оптических преобразователей. Прикладная физика. 2007;4:121–123. https://www.elibrary.ru/iadlstDolgikh A.V., Leonov I.A. High resolution scanning ellipsometry as test method of NEA-photocathode surface cleanliness in image intensifier tubes manufacture. Prikladnaya Fizika = Applied Physics. 2007;4:121–123 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/iadlstТерещенко О.Е., Шайблер Г.Э., Ярошевич А.С., Шевелев С.В., Терехов А.С., Лундин В.В., Заварин Е.Е., Бесюлькин А.И. Низкотемпературная методика очистки поверхности p-GaN(0001) для фотоэмиттеров с эффективным отрицательным электронным сродством. Физика твердого тела. 2004;46(10):1881–1885. https://www.elibrary.ru/rczyerTereshchenko O.E., Shaibler G.É., Yaroshevich A.S., et al. Low-temperature method of cleaning p-GaN(0001) surfaces for photoemitters with effective negative electron affinity. Phys. Solid State. 2004;46(10):1949–1953. https://doi.org/10.1134/1.1809437 [Original Russian Text: Tereshchenko O.E., Shaibler G.É., Yaroshevich A.S., Shevelev S.V., Terekhov A.S., Lundin V.V., Zavarin E.E., Besyulkin A.I. Low-temperature method of cleaning p-GaN(0001) surfaces for photoemitters with effective negative electron affinity. Fizika Tverdogo Tela. 2004;46(10):1881–1885 (in Russ.). https://www.elibrary.ru/rczyer ]Machucaa F., Liu Z., Sun Y., Pianetta P., Spicer W.E., Pease R.F.W. Simple method for cleaning gallium nitride (0001). Am. Vac. Soc. A. 2002;20(5):1784–1786. https://doi.org/10.1116/1.1503782Machucaa F., Liu Z., Sun Y., Pianetta P., Spicer W.E., Pease R.F.W. Simple method for cleaning gallium nitride (0001). Am. Vac. Soc. A. 2002;20(5):1784–1786. https://doi.org/10.1116/1.1503782Pastuszka S., Terekhov A.S., Wolf A. ‘Stable to unstable’ transition in the (Cs, O) activation layer on GaAs (100) surfaces with negative electron affinity in extremely high vacuum. Appl. Surf. Sci. 1996;99(4):361–365. https://doi.org/10.1016/0169-4332(96)00106-7Pastuszka S., Terekhov A.S., Wolf A. ‘Stable to unstable’ transition in the (Cs, O) activation layer on GaAs (100) surfaces with negative electron affinity in extremely high vacuum. Appl. Surf. Sci. 1996;99(4):361–365. https://doi.org/10.1016/0169-4332(96)00106-7Jin M., Zhang Y., Chen X., Hao G., Chang B., Shi F. Effect of surface cleaning on spectral response for InGaAs photocathodes. Appl. Opt. 2015:54(36):10630–10635. https://doi.org/10.1364/AO.54.010630Jin M., Zhang Y., Chen X., Hao G., Chang B., Shi F. Effect of surface cleaning on spectral response for InGaAs photocathodes. Appl. Opt. 2015:54(36):10630–10635. https://doi.org/10.1364/AO.54.010630Choi I-C., Kim H-T., Yerriboina N.P., Lee J.H., Teugels L., Kim T-G., Park J-G. Post-CMP Cleaning of InGaAs Surface for the Removal of Nanoparticle Contaminants for Sub-10nm Device Applications. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2019;8(5):3028–3034. https://doi.org/10.1149/2.0051905jssChoi I-C., Kim H-T., Yerriboina N.P., Lee J.H., Teugels L., Kim T-G., Park J-G. Post-CMP Cleaning of InGaAs Surface for the Removal of Nanoparticle Contaminants for Sub-10nm Device Applications. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2019;8(5): 3028–3034. https://doi.org/10.1149/2.0051905jssNa J., Lim S. Elemental behaviors of InGaAs surface after treatment in aqueous solutions. Microelectron. Eng. 2019;212: 27–36. https://doi.org/10.1016/j.mee.2019.04.002Na J., Lim S. Elemental behaviors of InGaAs surface after treatment in aqueous solutions. Microelectron. Eng. 2019;212: 27–36. https://doi.org/10.1016/j.mee.2019.04.002Brussaard G.J.H., Letourneur K.G.Y., Schaepkens M., van de Sanden M.C.M., Schram D.C. Stripping of photoresist using a remote thermal Ar/O2 and Ar/N2/O2 plasma. J. Vac. Sci. Technol. B. 2003;21(1):61–66. https://doi.org/10.1116/1.1532021Brussaard G.J.H., Letourneur K.G.Y., Schaepkens M., van de Sanden M.C.M., Schram D.C. Stripping of photoresist using a remote thermal Ar/O2 and Ar/N2/O2 plasma. J. Vac. Sci. Technol. B. 2003;21(1):61–66. https://doi.org/10.1116/1.1532021Kim J.H., Choi N., Kim Y.-H., Kim T.-S. Thickness dependence of the lithographic performance in 193nm photoresists. In: Proceedings of SPIE 6153, Advances in Resist Technology and Processing XXIII. 2006. V. 615337. https://doi.org/10.1117/12.655777Kim J.H., Choi N., Kim Y.-H., Kim T.-S. Thickness dependence of the lithographic performance in 193nm photoresists. In: Proceedings of SPIE 6153, Advances in Resist Technology and Processing XXIII. 2006. V. 615337. https://doi.org/10.1117/12.655777

The authors declare that there are no conflicts of interest present.