Научный архив: статьи

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.

В работе продемонстрировано использование оплавленных столбов для гибридной сборки фотоприемников в составе фотоприемной матрицы и кремниевого мультиплексора. Усилие на разрыв гибридных сборок фотоприемников с оплавленными индиевыми столбами на кремниевых мультиплексорах и неоплавленными столбами на фоточувствительных матрицах размерностью 128x128 составляло (27±1) Н при диаметре индиевых столбов 20 мкм сборки, если сборка производилась при температуре 120 °С.

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.

Результаты исследований по оптимизация температуры сварки индиевых столбов в методе групповой сборки многоэлементных фотоприемных модулей ИК ФПУ позволили разработать технологию сборки при температуре 120 °С и давлении менее 1,56-107 Н/м2 методом перевернутого кристалла фоточувствительных матриц n-p-переходов в гетеро-эпитаксиальном слое HgCdTe p-типа без ухудшения электрофизических характеристик n-p-переходов и усилием на разрыв фотоприемных модулей размерностью 128x128 элементов 2675 г при диаметре столба 20 мкм.

Представлены численные расчеты распределения потенциала в поверхностном варизонном слое HgCdTe р‐типа. Уравнение Пуассона было решено как нелинейное интегрально‐дифференциальное уравнение с учетом непараболичности зоны проводимости. Построены энергетические зонные диаграммы при изменении легирования, ширины вари-зонной области и поверхностного потенциала. Рассчитаны характеристики МДП-структуры и определены условия возникновения инверсионного слоя в планарных n на p фотодиодах на основе варизонного р-HgCdTe.

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.

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.

Разработана конструкция и изготовлены матричные ФЧЭ форматом 384288 элементов с шагом 25 мкм с длинноволновой границей чувствительности по уровню 0,5 около 9,5 мкм. Средняя величина R0А фотодиодов по всему массиву матрицы равна 100 Ом см2. Разработаны схема и топология, по которым изготовлены матричные высокоскоростные мультиплексоры форматом 384288 элементов с шагом 25 мкм, обеспечивающие рабочие режимы на тактовой частоте до 20 МГц. Методом гибридной сборки на индиевых столбах изготовлено матричное ФПУ форматом 384288 элементов с шагом 25 мкм с параметрами: средняя величина NETD < 30 мК, количество работоспособных элементов > 97 %. Использование мезатравления для разделения отдельных фотодиодов снижает фотоэлектрическую связь и обеспечивает высокое пространственное разрешение матричного ФПУ, равное 11,25 штр/мм. Представлены примеры использования системы микросканирования для снижения дефектных пикселов в кадре изображения и/или увеличения формата кадров до 768576. Показано, что в результате использования микросканирования в тепловизионном канале на основе разработанного ФПУ при переходе к формату 768576 получено улучшение пространственного разрешения в 1,4 раза при одинаковой величине минимально разрешаемой разности температур (МРРТ), а МРРТ на частоте 0,44 мрад-1 уменьшается с 1,6 К до 0,9 К по сравнению с исходным форматом 384×288.