Научный архив: статьи

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 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.

Предложен неохлаждаемый приемник ИК‐излучения на базе напряженной гетероструктуры Cd0,3Hg0,7Te/(310)Si. Фото‐ЭДС прототипа показывает зависимость от интенсивности падающего излучения I и его спектрального состава I(λ) на уровне D* ~ 3-108 (Вт∙см∙Гц1/2) при 300 К. Обсуждается роль пьезосвойств пленки узкозонного полупроводника гетероструктуры Cd0,3Hg0,7Te/Si. Проведено физическое моделирование диффузионно‐дрейфовой модели для пленки Cd0,3Hg0,7Te при 300 К.

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 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.

Вольт-фарадные характеристики (ВФХ) МДП-систем на основе nBn-структуры из HgCdTe, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках из GaAs (013), впервые исследованы при разных частотах и температурах. При помощи емкостных измерений найдена концентрация электронов в приповерхностном слое пленки, которая хорошо соответствует концентрации легирующей примеси индия. Показано, что ВФХ МДП-систем имеют высокочастотный вид в широком диапазоне условий измерения, а произведение дифференциального сопротивления области пространственного заряда на площадь электрода в режиме сильной инверсии достигает значения 40 кОм×см2. Обнаружен эффект уменьшения емкости МДП-системы в режиме обогащения после освещения излучением с длиной волны 0,91 мкм, который можно объяснить изменением энергетической диаграммы резкого гетероперехода при изменении зарядового состояния дефектов под действием освещения.

В широком диапазоне условий измерения экспериментально исследован адмиттанс МДПструктур на основе МЛЭ p-Hg1-xCdxTe/Si(013) с приповерхностным варизонным слоем с повышенным содержанием CdTe и без такого слоя, причем при использовании в качестве диэлектрика Al2O3 и CdTe/Al2O3. Показано, что вольт-фарадные характеристики (ВФХ) МДПструктур на основе МЛЭ p-Hg0,70Cd0,30Te без варизонного слоя при 77 К имеют высокочастотный вид относительно времени перезарядки быстрых поверхностных состояний. Это позволяет определять концентрацию дырок по значению емкости в минимуме низкочастотной ВФХ при 77 К (в отличие от случая x = 0,21–0,23). Установлено, что для МДП-структуры на основе p-HgCdTe с варизонным слоем значения дифференциального сопротивления области пространственного заряда в режиме сильной инверсии в 10–100 раз больше, чем для МДПструктуры на основе p-HgCdTe без такого слоя.

Проведен анализ гистограммы темновых токов матриц длинноволновых фотодиодов, изготовленных из гетероэпитаксикальных структур (ГС) Cd0,22Hg0,78Te/CdTe/ZnTe/ GaAs(301). Максимум гистограммы соответствует диффузионным токам для номинальных фотоэлектрических параметров CdHgTe. Имеются единичные фотодиоды с темновыми токами, на порядки превышающими диффузионный ток. Вероятность их появления связывается с V-дефектами структуры ГС, плотность которых составляет величину порядка 103 см-2 и которые представляют собой области нарушеннной структуры CdHgTe с избытком теллура. Имеется достаточно большое количество диодов (десятки процентов) с повышенными темновыми токами. Исследование C-Vхарактеристик МДП на ГС показывает наличие положительного заряда, неоднородно распределенного по поверхности и достаточного для инверсии типа проводимости в отдельных областях. Образование шунтирующего слоя n-типа на поверхности должно приводить к увеличению темновых токов фотодиодов, попадающих в такие области.