Научный архив: статьи

Проведены исследования электрофизических и фотоэлектрических свойств LWIR nBn-структур на основе HgCdTe со сверхрешеткой в барьерной области для экспериментальной демонстрации её работоспособности. На основе выращенных методом МЛЭ в ИФП СО РАН двух различных эпитаксиальных плёнок n-HgCdTe с барьерным слоем в виде свехрешётки были изготовлены две тестовые nBn-структуры с мезаструктурами различного диаметра. Были исследованы вольт-амперные характеристики при комнатной температуре. Для обеих структур наблюдается тенденция к увеличению общей плотности тока при уменьшении диаметра мезаструктуры, что свидетельствует о значительном вкладе тока поверхностной утечки в общий ток структуры. Результаты анализа компонент темнового тока и энергий активации показали, что обе исследованные структуры по своим фундаментальным параметрам являются пригодными для детектирования излучения в LWIR диапазоне. На одной из исследованных структур обнаружен фототок при постоянной ИК подсветке при низких криогенных температурах. При небольших напряжениях смещения (менее –0,1 В) происходит значительное увеличение тока при воздействии подсветки, и это влияние увеличивается при уменьшении температуры.

Созданы и исследованы фотоприемные структуры КРТ средневолнового ИК-диапазона спектра (MWIR) на основе nBn-гетероструктур со сверхрешетками HgTe/CdHgTe в качестве барьеров. Выявлены новые технологические подходы для дальнейшего совершенствования методов пассивации поверхности nBn-архитектур и улучшения их характеристик. Измерены вольт-амперные и спектральные характеристики, а также основные параметры ФЧЭ экспериментальных образцов.

Для эпитаксиальных структур CdHgTe (КРТ) с варизонным слоем разработана технология получения пассивирующего покрытия “диоксид кремния—нитрид кремния” с использованием плазмохимических процессов. Проведено комплексное физико-химическое и электрофизическое исследование диэлектриков. Определены оптимальные технологические условия синтеза двухслойного диэлектрика. Для определения основных параметров МДП-структур использованы измерения высоко- и низкочастотных вольт-фарадных характеристик (ВФХ). Определены значения напряжений плоских зон, плотности фиксированного заряда. Показано, что для структур CdHgTe/SiO2/Si3N4 типичен малый отрицательный заряд, плотность которого не превышает 2⋅10-5 Кл/м2. Тангенс угла диэлектрических потерь составляет 1⋅10-2 на частоте 500 кГц. Плотность токов утечки при температуре 80 К не превышает 1⋅10-9 А/см2 при 5⋅105 В/см.

Показана возможность селективного поверхностного дефектообразования при облучении мягким рентгеновским излучением эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe за счет избирательного воздействия излучения на отдельные атомы поверхности.

В работе проанализировано современное состояние исследований в области создания униполярных полупроводниковых барьерных структур на основе различных материалов для инфракрасных матричных фотоприемных устройств (МФПУ), позволяющих снизить с темновые токи и тем самым улучшить пороговые характеристики и обеспечить работу при повышенных температурах охлаждения. Рассмотрены основные пути минимизации барьера для дырок в валентной зоне на примере фоточувствительной структуры на основе КРТ n-типа проводимости. Показано, что барьерные структуры nBn-типа представляют собой альтернативу для создания матриц фотодиодных чувствительных элементов для МФПУ среднего и дальнего ИК-диапазона.

Представлены расчеты нагрева кристалла CdxHg1-xTe (КРТ) с x = 0,22 в процессе ионнолучевого травления (ИЛТ) низкоэнергетическими ионами Ar+. Показано, что при хорошем тепловом контакте кристалла и охлаждаемого столика установки нагрев КРТ не превышает 0,2 оС. В случае полного отсутствия теплового контакта образца и столика радиационный нагрев кристалла может превышать 120 оС. Проведено сравнение нагрева КРТ в процессе ИЛТ Ar+ и ионной имплантации аргона.

Исследованы вольт-фарадные характеристики МДП-структур, полученных на основе эпитаксиальных слоев n-Cd0,24Hg0,76Te, подвергнутых воздействию мягкого рентгеновского излучения. Показано, что в результате релаксации электронных возбуждений в приповерхностном слое полупроводника генерируются точечные дефекты, изменяющие электрофизические свойства этого слоя и границы раздела «диэлектрик-полупроводник».

Исследовано матричное фотоприемное устройство (МФПУ) средневолнового ИК диапазона спектра с nBn-архитектурой CdHgTe с барьерным слоем на основе сверхрешетки. МФПУ состоит из матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) формата 6464 с шагом 40 мкм, гибридизированной с кремниевой БИС считывания. Фоточувствительная сборка из МФЧЭ и БИС считывания исследовалась в вакуумном технологическом криостате с заливкой жидким азотом. Исследованы спектральные
и фотоэлектрические характеристики МФПУ на основе nBn-гетероструктур из n-слоев CdHgTe со сверхрешетками при оптимальном напряжении смещения. Среднее значение обнаружительной способности составило D*  71010 смВт-1Гц1/2, среднее значение вольтовой чувствительности Su составило Su  6107 В/Вт.

Описывается поведение многослойного фотодетектора с квантовыми точками германия в кремнии и его параметры при различных рабочих режимах. Рассматриваются вопросы оптимизации условий роста в методе молекулярно-лучевой эпитаксии для повышения эффективности инфракрасных фотоприемников с квантовыми точками. В качестве модельной материальной системы для теоретических исследований выбраны многослойные гетероструктуры с квантовыми точками германия на поверхности кремния. В представленной работе разработана теоретическая модель для учета наличия в фотодетекторах нескольких слоев квантовых точек, а также рассогласования квантовых точек по размерам. Проведены расчеты шумовых и сигнальных характеристик инфракрасных фотоприемников на основе гетероструктур с квантовыми точками германия на кремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьерным туннелированием носителей. Для проверки модели мы сравнили теоретические значения темнового тока с экспериментальными результатами, полученными в работах других исследователей.

Рассматриваются параметры лавинных фотодиодов Ge/Si с наноотверстиями для захвата фотонов на длине волны 850 нм. Предложенная конструкция лавинного фотодиода Ge/Si с массивом наноотверстий позволяет значительно увеличить коэффициент усиления, полосу пропускания и коэффициент поглощения. Было продемонстрировано, что можно улучшить эффективность поглощения оптической мощности фотодетектором без ущерба для коэффициента усиления и быстродействия устройства. Результаты работы могут быть использованы для разработки технологии молекулярно-лучевой эпитаксии по созданию лавинных фотодиодов Ge/Si с использованием структур для захвата фотонов с высоким коэффициентом усиления, быстродействием и коэффициентом поглощения. Полученные результаты могут быть применены в ряде направлений исследований, таких как микроскопия визуализации времени жизни флуоресценции, позитронно-эмиссионная томография, системы квантовой связи, а также  в лидарных технологиях.

Проведены исследования оптических параметров униполярной nBn-гетероструктуры с поглощающим слоем n-CdHgTe, фоточувствительном в средневолновом ИК диапа-зоне спектра, измерены спектры отражения и пропускания. Определены толщины и состав слоев, входящих в nBn-гетероструктуру на основе CdHgTe методом подгонки параметров по теоретической модели расчета, связывающей электрические векторы падающего, отраженного и поглощенного излучения в рассматриваемой многослойной структуре. Спрогнозирована ожидаемая граничная длина волны ИК фотоприемника на основе этой nBn-гетероструктуры