Научный архив: статьи

Экспериментально исследованы свойства границ раздела HgCdTe с двухслойным диэлектриком SiO2 /Si3N4 и с анодным оксидом с помощью МДП-структур, созданных на основе гетероэпитаксиального HgCdTe, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Показано, что двухслойный диэлектрик SiO2 /Si3N4 хорошо подходит для пассивации поверхности матричных фотодиодов из-за возможностей управления зарядами в диэлектриках и на границе раздела.

Представлены результаты исследования многослойной системы на основе эпитаксиальной пленки HgCdTe с тонкими слоями CdTe, ZnTe. Структуры характеризуются отсутствием гистерезиса, низкой плотностью встроенного заряда и плотностью поверхностных состояний Nss<3·1010 см-2-эВ-1. Такая система близка по ряду характеристик к структурам металл—диэлектрик—полупроводник (МДП) и представляется перспективной для создания многоэлементных ИК ФПУ на основе КРТ.

Проведены исследования механизмов токопереноса фотодиодов типа n+-n–-p и n+-p, полученных при ионном легировании бором гетероэпитаксиальных слоев (ГЭС) теллурида кадмия и ртути (КРТ) р-типа проводимости, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Результаты моделирования характеристик токопереноса при Т = 77 К показали, что темновой ток изготовленных фотодиодов типа n+-n–-p лимитируется диффузионным током в переходе и током через уровень ловушек донорного типа в запрещенной зоне с энергией Et = 0,7 Eg.

Проведены экспериментальные исследования электрофизических характеристик МДП-структур на основе HgCdTe/CdTe, HgCdTe/CdTe/SiO2/Si3N4 и HgCdTe/CdTe/ZnTe. Для всех структур были определены значения плотностей фиксированного и подвижного зарядов в диэлектрике, а также рассчитана плотность поверхностных состояний вблизи середины запрещенной зоны. Показано, что наилучшая граница раздела наблюдается при использовании в качестве функционального диэлектрика CdTe, сформированного в процессе выращивания гетероэпитаксиальных структур.

Методом малосигнальной фотоЭДС проведены исследования полевой и частотной зависимостей фотосигнала для МДП‐структур на основе варизонного материала кадмий— ртуть—теллур (КРТ), выращенного методом молекулярно‐лучевой эпитаксии (МЛЭ). Определено время жизни неосновных носителей заряда в области пространственного заряда КРТ для различных составов рабочего слоя и различных диэлектрических покрытий. Для МДП‐структур на основе HgCdTe/CdTe, HgCdTe/CdTe/SiO2/Si3N4 и HgCdTe/CdTe/ZnTe n- и p-типов проводимости определен вид зависимости малосигнальной фотоЭДС от напряжения при использовании в качестве функционального диэлектрика слоев CdTe, сформированных в процессе выращивания гетероэпитаксиальных структур.

Экспериментально исследованы фотоэлектрические и электрофизические характеристики МДП‐структур на основе гетероэпитаксиальной структуры (ГЭС) HgCdTe МЛЭ с неоднородным распределением состава CdТе. Показано, что увеличение состава CdТе на поверхности приводит к увеличению дифференциального сопротивления области пространственного заряда для МДП‐структур на основе p-Hg0,78Cd0,22Te. Наибольшее влияние периодических барьерных областей с резко повышенным составом CdТе на электрические характеристики МДП‐структур на основе n-Hg0,7Cd0,3Te проявляется при расположении этих областей вблизи границы раздела диэлектрик—полупроводник.

Исследовано влияние плазмохимического травления в плазме Ar/H2 и последующей выдержки при разных температурах на электрофизические свойства пленок CdxHg1-xTe c x ≈ 0,2, выращенных на подложках из GaAs (013). Установлено, что после плазмохимического травления концентрация электронов увеличивается до ~1017 см-3, а также происходит релаксация концентрации с течением времени. На основе модели с образованием комплексов между междоузельными атомами ртути и структурными дефектами кристалла проведено численное моделирование кривых релаксации при разных температурах.

Экспериментально исследован адмиттанс МДП-структур на основе МЛЭ p-HgCdTe (x = 0,22—0,23) в широком диапазоне частот и температур. Дифференциальное сопротивление области пространственного заряда для МДП-структуры на основе p-HgCdTe, легированного As, ограничено процессами туннельной генерации в диапазоне температур 8—100 К. Для МДП-структур на основе пленки p-HgCdTe, в которой произошла конверсия типа проводимости после отжига, сопротивление области пространственного заряда определяется генерацией Шокли-Рида в диапазоне температур 50—77 К.

Экспериментально исследована полная проводимость МДП-структур на основе МЛЭ n-HgCdTe в широком диапазоне частот и температур. Наличие варизонного слоя в МДП-структурах на основе n-HgCdTe (x = 0,22—0,23) приводит к эффективному подавлению процессов туннелирования через глубокие уровни. Дифференциальное сопротивление области пространственного заряда в сильной инверсии для МДП-структур на основе n-HgCdTe (x = 0,22—0,23 с варизонным слоем, а также x = 0,31—0,32) ограничено процессами генерации Шокли-Рида в диапазоне температур 8—77 К.

Экспериментально исследованы параметры пассивирующих слоев Al2O3 и двухслойного диэлектрика CdTe/Al2O3 путем измерения адмиттанса МДП-структур на основе МЛЭ n-Hg1-xCdxTe (x = 0,29—0,39) с приповерхностными варизонными слоями с повышенным содержанием CdTe. Показано, что структура с двухслойным диэлектриком CdTe/Al2O3 имеет по сравнению со структурой с одним слоем Al2O3 существенно меньшие значения плотности медленных состояний на границе раздела (в 50—100 раз) и плотности быстрых поверхностных состояний (в 50—100 раз). Можно сделать вывод, что двухслойный диэлектрик CdTe/Al2O3 образует качественную границу раздела с n-Hg1-xCdxTe (x = 0,39).

Экспериментально исследовано влияние наличия приповерхностных варизонных слоев с повышенным содержанием CdTe на адмиттанс МДП-структур на основе МЛЭ n-Hg1-xCdxTe (x = 0,22—0,23) с Al2O3 в качестве диэлектрического покрытия. Показано, что для структур с варизонным слоем характерна бóльшая глубина и ширина провала емкости на низкочастотной вольт-фарадной характеристике, а также бóльшие значения дифференциального сопротивления области пространственного заряда, чем для структур без варизонного слоя. Установлено, что основные особенности гистерезиса емкостных зависимостей, характерные для варизонных структур с SiO2/Si3N4, наблюдаются и для МДП-структур с Al2O3. Причины увеличения гистерезиса ВФХ при создании варизонного слоя в структурах с SiO2/Si3N4 или с Al2O3 остаются дискуссионными, хотя можно предположить, что определенную роль в формировании гистерезиса играет кислород.

Рассмотрены параметры средневолнового инфракрасного фотоприемного устройства, изготовленного в виде гибридной микросхемы на основе фокальной матрицы планарных n+–pпереходов HgCdTe с числом 20482048 элементов и кремниевого мультиплексора. Температурная зависимость обратного тока элементов в диапазоне 125–300 К имела характерную зависимость Аррениуса с энергией активации близкой к ширине запрещенной зоны полупроводника и лимитировалась диффузионной компонентой тока. При более низкой температуре ток лимитировался генерацией носителей с участием глубокого уровня локализованного вблизи середины запрещенной зоны. Гистограмма обнаружительной способности элементов матрицы имела вид симметричной кривой с максимумом и средним значением  1,31012 см Гц1/2/Вт.