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
This paper presents the results of measuring optical reflection and transmission spectra of MWIR CdHgTe nBn heterostructure with an absorbing n-layer, grown by molecular beam (MBE) epitaxy. The thicknesses and compositions of CdHgTe layers have been determined by the fitting parameter method using physical models of incident, reflected and absorbed radia-tion electric vectors in the multilayer structure. The expected boundary wavelength of the IR photodetector based on this nBn heterostructure have been predicted.
Идентификаторы и классификаторы
- Префикс DOI
- 10.51368/1996-0948-2023-6-28-35
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
This paper presents the results of measuring optical reflection and transmission spectra of MWIR CdHgTe nBn heterostructure with an absorbing n-layer, grown by molecular beam (MBE) epitaxy. The thicknesses and compositions of CdHgTe layers have been determined by the fitting parameter method using physical models of incident, reflected and absorbed radia-tion electric vectors in the multilayer structure. The expected boundary wavelength of the IR photodetector based on this nBn heterostructure have been predicted.
Список литературы
- Войцеховский А. В., Несмелов С. Н., Дзя-
дух С. М., Дворецкий С. А., Михайлов Н. Н., Сидоров Г. Ю., Якушев М. В. / Прикладная физика. 2020. № 1. С. 25–31. - Olivier Gravrand, Clément Lobre, Jean Louis Santailler, Nicolas Baier, Wilfried Rabaud, Alexandre Kerlain, Diane Sam-Giao, Pascal Leboterf, Benoit Cornus, Laurent Rubaldo / Proc. SPIE. Infrared Technology and Applications XLVIII. 2022. Vol. 12107. P. 121070U.
- Antoni Rogalski, Piotr Martyniuk, Malgorzata Kopytko, Pawel Madejczyk, Sanjay Krishna / Sensors. 2020. Vol. 20. P. 7047.
- Evirgen A., Abautret J., Perez J. P., et al. / Electron. Lett. 2014. Vol. 50. P. 1472–73.
- Soibel A., Ting D. Z., Rafol S. B., et al. / Appl. Phys. Lett. 2019. Vol. 114. P. 161103.
- Akhavan N. D., Umana-Membreno G. A., Gu R., et al. / IEEE Trans. Electron Dev. 2016. Vol. 63. № 12.
P. 4811–4818. - Kopytko M., Wróbel J., Jóźwikowski K., et al. /
J. Electron. Mater. 2015. Vol. 44. № 1. P. 158–166. - Martyniuk P., Kopytko M., Rogalski A. / Opto-Electron. Rev. 2014. Vol. 22. № 2. P. 127–146.
- Voitsekhovskii A. V., Nesmelov S. N., Dzya-
dukh S. M., et al. / Mater. Res. Expr. 2019. Vol. 6. № 11.
P. 116411. - Войцеховский А. В., Несмелов С. Н., Дзя-
дух С. М. и др. / Изв. вузов. Физика. 2019. Т. 62. № 5.
С. 77–85. - Белогорохов А. И., Белогорохова Л. И., Де-нисов И. А., Смирнова Н. А., Кобелева С. П., Флорен-цев А. А. / Материалы электронной техники. 2003. № 2. С. 43–49.
- Павлов Л. П. Методы измерения парамет-ров полупроводниковых материалов. – М.: Высшая школа, 1987. С. 222–225.
- Болтарь К. О., Федирко В. А. / Тезисы до-кладов V отраслевой конф. «Аналитические методы исследования материалов и изделий микророэлек-троники». – М., ЦНИИ «Электроника», 1989. С. 169–170.
- Болтарь К. О., Яковлева Н. И., Кашу-ба А. С., Удалова А. Г. / Прикладная физика. 2008. № 1. С. 26–31.
- Hansen G. L., Schmit J. L., Casselman T. N. /
J. Appl. Phys. 1982. Vol. 53. P. 7099–7101. - Melnikov A. A. / Proceedings of SPIE. 2000. Vol. 325. P. 4340.
- Никонов А. В., Болтарь К. О., Яковлева Н. И. / Прикладная физика. 2011. № 5. С. 100–106.
- Борн М., Вольф Э. Основы оптики / Пер. с англ., под ред. Мотулевич Г. П. – М.: Наука, 1970. С. 77–96.
- Boltar K. O., Yakovleva N. I. / Proceedings of SPIE. 2007. Vol. 6636. № 1. P. 663606-1–663606-7.
- Lubzens D., Rosenfeld D., Nemirovsky Y. / Infrared Phys. 1988. Vol. 28. № 6. P. 417–423.
- Laurenti J. P., Camassel J., Bouhemadou A., Toulouse B., Legros R., Lusson A. / J. Appl. Phys. 1990. Vol. 67 (10). P. 6454.
- Finkman E., Nemirovsky Y. / J. Appl. Phys. 1979. Vol. 50. № 6. P. 4356–4361.
- Varavin V. S., Vasiliev V. V., Dvoretsky S. A., Mikhailov N. N., Ovsyuk V. N., Sidorov Yu. G., Suslyakov A. O., Yakushev M. V., Aseev A. L. / Optoelectronics Rewier. 2003. № 11 (2). P. 99–111.
- Войцеховский А. В., Несмелов С. Н., Дзядух С. М., Дворецкий С. А., Михайлов Н. Н., Сидо-ров Г. Ю., Якушев М. В. / Письма в ЖТФ. 2021. Т. 47. Вып. 12. С. 34–37.
- Voitsekhovskii A. V., Nesmelov S. N., Dzyadukh S. M., Dvoretsky S. A., Mikhailov N. N., Sidorov G. Yu. and Yakushev M. V., Applied Physics, № 1, 25–31 (2020) [in Russian].
- Olivier Gravrand, Clément Lobre, Jean Louis Santailler, Nicolas Baier, Wilfried Rabaud, Alexandre Kerlain, Diane Sam-Giao, Pascal Leboterf, Benoit Cornus and Laurent Rubaldo, Proc. SPIE. Infrared Technology and Applications XLVIII 12107, 121070U (2022).
- Antoni Rogalski, Piotr Martyniuk, Malgorzata Kopytko, Pawel Madejczyk and Sanjay Krishna, Sensors, № 20, 7047 (2020).
- Evirgen A., Abautret J., Perez J. P., et al., Electron. Lett. 50, 1472–73 (2014).
- Soibel A., Ting D. Z., Rafol S. B., et al., Appl. Phys. Lett. 114, 161103 (2019).
- Akhavan N. D., Umana-Membreno G. A., Gu R., et al., IEEE Trans. Electron Dev. 63 (12), 4811–4818 (2016).
- Kopytko M., Wróbel J., Jóźwikowski K., et al., J. Electron. Mater. 44 (1), 158–166 (2015).
- Martyniuk P., Kopytko M. and Rogalski A., Opto-Electron. Rev. 22 (2), 127–146 (2014).
- Voitsekhovskii A. V., Nesmelov S. N., Dzyadukh S. M., et al., Mater. Res. Expr. 6 (11), 116411 (2019).
- Voitsekhovskii A. V., Nesmelov S. N., Dzyadukh S. M., et al., Izv. vuzov. Physics 62 (5), 77–85 (2019).
- Belogorokhov A. I., Belogorokhova L. I., Denisov I. A., Smirnova N. A., Kobeleva S. P. and Flor-entsev A. A., Materials of electronic technique, № 2, 43–49 (2003).
- Pavlov L. P., Measuring methods of semiconductor materials, Moscow, Higher School, 1987, pp. 222–225.
- Boltar K. O. and Fedirko V. A. Abstracts of the V Industry Conference. Analytical research methods of materials and microelectronics products. Moscow, Central Research Institute «Electronics», 1989, pp. 169–170.
- Boltar K. O., Yakovleva N. I., Kashuba A. S. and Udalova A. G., Applied Physics, № 1, 26–31 (2008) [in Russian].
- Hansen G. L., Schmit J. L. and Casselman T. N., J. Appl. Phys. 53, 7099–7101 (1982).
- Melnikov A. A., Proceedings of SPIE 325, 4340 (2000).
- Nikonov A. V., Boltar K. O. and Yakovleva N. I., Applied Physics, № 5, 100–106 (2011) [in Russian].
- Born M. and Wolf E., Fundamentals of optics. Translated from English, ed. Motulevich G. P., Moscow, Nauka, 1970, pp. 77–96.
- Boltar K. O. and Yakovleva N. I., Proceedings of SPIE 6636 (1), 663606-1–663606-7 (2007).
- Lubzens D., Rosenfeld D. and Nemirovsky Y., Infrared Phys. 28 (6), 417–423 (1988).
- Laurenti J. P., Camassel J., Bouhemadou A., Toulouse B., Legros R. and Lusson A., J. Appl. Phys. 67 (10), 6454 (1990).
- Finkman E. and Nemirovsky Y., J. Appl. Phys. 50 (6), 4356–4361 (1979).
- Varavin V. S., Vasiliev V. V., Dvoretsky S. A., Mikhailov N. N., Ovsyuk V. N., Sidorov Yu. G., Suslyakov A. O., Yakushev M. V. and Aseev A. L., Optoelectronics Rewier, № 11 (2), 99–111 (2003).
- Voitsekhovsky A. V., Nesmelov S. N., Dzyadukh S. M., Dvoretsky S. A., Mikhailov N. N., Sidorov G. Yu. and Yakushev M. V., Letters in J. Physics and Technics of Semiconductors 47 (12), 34–37 (2021).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Панов В. А., Куликов Ю. М., Печеркин В. Я., Василяк Л. М., Савельев А. С.
Электрогидродинамические течения в системе вода-масло в неоднородном импульсном электрическом поле 5
Бычков В. Л., Шваров А. П., Горячкин П. А., Сороковых Д. Е., Бычков Д. В., Ваулин Д. Н.,
Черников В.А.
Воздействие коронного разряда на почву 11
Баринов Ю. А.
Определение температуры газа в разряде с жидким водяным катодом фоново-ориентированным шлирен методом 19
ЭЛЕКТРОННЫЕ, ИОННЫЕ И ЛАЗЕРНЫЕ ПУЧКИ
Бурдовицин В. А., Карпов К. И., Нгон А Кики Л. Ж., Окс Е. М.
Травление внутренней поверхности металлической трубки в разряде, поддерживаемым электронным пучком 23
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Яковлева Н. И., Болтарь К. О., Давлетшин Р. В., Войцеховский А. В., Дворецкий С. А., Михайлов Н. Н., Лопатин В. В., Якубсон С. Е.
Исследования оптических характеристик nBn-гетероструктур на основе CdHgTe средневолнового ИК-диапазона 28
Давлетшин Р. В., Болтарь К. О., Егоров А. В.
Исследование спектральных характеристик QWIP-фотоприёмников 36
Конорев Д. С., Климанов Е. А., Давлетшин Р. В., Макарова Э. А.
Поглощение ИК-излучения в диффузионных слоях структур на основе кремния 41
Попов В. С., Пономаренко В. П., Попов С. В.
Гибридно-монолитные ИК-матрицы на основе коллоидных квантовых точек и 2D-материалов 45
Комаровский Н. Ю., Белов А. Г., Кладова Е. И., Князев С. Н., Молодцова Е. В., Парфентьева И. Б., Трофимов А. А.
Определение концентрации электронов по спектрам ИК-отражения в образцах n-GaAs, легированных теллуром и кремнием 54
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Печеркин В. Я., Дешевая Е. А., Василяк Л. М., Василяк С. Л., Фатюшин А. М., Фиалкина С. В., Хоанг К. К.
Полевые испытания покрытий из диоксида титана на металлических поверхностях, предотвращающих биообрастание в условиях тропического климата 60
Кононов М. А., Растопов С. Ф.
Расчет толщины металлической пленки по ее оптическим параметрам в процессе напыления 66
Жидик Ю. С., Жук К. В., Иванова А. А., Майкова А. В., Кузьмин А. С., Мостовщиков А. В.
Исследование чувствительности тонких пленок ITO к адсорбированным на их поверхности химическим веществам 72
Горлов Н. С., Вертянов Д. В., Тимошенков С. П., Жумагали Р. Н., Гладкова С. И.
Исследование механических напряжений в конструкции эластичной подложки с металлическими проводниками различной формы 78
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Воронов К. Е., Пияков И. В., Рязанов Д. М., Телегин А. М.
Исследование работы устройства с микроканальной пластиной в качестве приемника ионов для регистрации пылевых частиц 84
Другие статьи выпуска
Представлены исследования и анализ образцов с гетероэпитаксиальной структурой
на основе твердого раствора InGaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпи-
таксии на подложке GaAs. Определены состав и толщины слоев структуры метода-
ми фотолюминесцентной спектроскопии при комнатной температуре и растровой
электронной микроскопии соответственно. Измерены спектры пропускания на ИК
Фурье-спектрометре. Разработана аналитическая модель спектральных характери-
стик исследуемых структур. Решением обратной задачи методом подгонки определе-
ны конструктивные параметры структуры и состав активного слоя InGaAs. Срав-
нительный анализ экспериментальных и теоретических данных показал небольшой
разброс значений для толщины (менее 65 нм) и состава поглощающего слоя
(менее 0,04). Показана корректность и быстродействие разработанного неразрушаю-
щего метода характеризации полупроводниковых структур.
При формировании эластичных соединений в связи с непластичной природой метал-
лов требуется особая изогнутая форма проводников. Это позволяет уменьшить воз-
никающие напряжения в металле, которые могут привести к возникновению дефек-
тов топологического рисунка. Исследованы механические деформации в конструкции
эластичного носителя на основе полидиметилсилоксана с медными и золотыми про-
водниками различных форм. По результатам моделирования были определены зоны с
максимальной напряженностью, в которых наиболее вероятно возникновение дефек-
тов при одноосном растяжении для каждого типа проводника. Определено влияние
толщины эластичных подложек при разных приложенных нагрузках на механические
напряжения в зависимости от формы проводника. Рассмотрено влияние скруглений в
местах наибольших напряжений в проводниках. Определена лучшая форма проводни-
ка из рассмотренных, позволяющая в большей степени компенсировать приложенные
нагрузки одномерной деформации
В условиях тропического климата проведены полевые испытания тонкослойного
фотокаталитического покрытия из диоксида титана на металлических поверхностях для защиты от биообрастания. Слой диоксида титана в кристаллической фор-ме анатаз толщиной 300 нм был нанесен на образцы из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т с размерами 50501 мм с помощью магнетронного напыления. После экспонирования в течение 6 месяцев на открытой площадке климатической испытательной станции в окрестности г. Хошимин во Вьетнаме контрольные образцы без защитного покрытия обрастают мицелиями грибов, а на образцах со слоем диоксида титана биообрастания не обнаружено.
Проведены измерения концентрации электронов проводимости по спектрам инфракрасного отражения в образцах n-GaAs, легированных теллуром и кремнием (1018 см-3). Для каждого образца определялось значение характеристического волнового числа, по которому рассчитывалось значение концентрации электронов, Nопт. На этих же образцах выполнены электрофизические измерения концентрации электронов по методу Ван дер Пау, Nхолл. Все измерения проводились при комнатной температуре. Установлено, что наблюдается корреляция между значениями Nхолл и Nопт . Показано, что теллур и кремний как легирующие примеси ведут себя одинаково. Показано так-же, что для всех исследованных образцов холловская концентрация электронов превышает оптическую. Выдвинуто предположение, что это может быть связано с наличием на поверхности образцов естественного окисного слоя. Проведена оценка толщины скин-слоя для образца n-GaAs с концентрацией электронов проводимости 1,01018 см-3 и показано, что она равна 0,69 мкм.
В последние несколько лет активно развивается технология гибридно-монолитных матриц на основе коллоидных квантовых точек, которая позволит существенно снизить стоимость фотоприемных устройств. В работе проведен обзор передовых достижений в области создания матричных фотоприемников на основе коллоидных квантовых точек и 2D-материалов, приведены параметры серийно выпускаемых матричных фотоприемников и прототипов
Приведены экспериментальные зависимости спектров пропускания в кремниевых об-разцах с диффузионными слоями от поверхностного сопротивления слоев и длины волны излучения. Показано, что величина пропускания длинноволнового излучения в кремниевых структурах удовлетворительно согласуется с расчетом для поглощения на свободных носителях в диффузионных слоях при учете сильной зависимости по-движности носителей от концентрации легирующей примеси.
Проведено исследование спектральных характеристик фотоприёмных устройств на основе многослойных гетероэпитаксиальных QWIP-структур AlGaAs/GaAs. Измерения проводились на Фурье-спектрометре Bruker Vertex-70 с аналоговым входом для подключения внешних фотоприемников. Максимум спектральной характеристики фоточувствительности для измеренных МФПУ находится в диапазоне длин волн = 8,2–8,6 мкм, что соответствует предварительным оценкам при моделировании гетероструктур
Приведены результаты исследований чувствительности тонких пленок из оксидов индия-олова (ITO) к адсорбированным на их поверхности углеводородам различных концентраций. Показано, что тонкие низкоомные пленки ITO могут многократно ис-пользоваться в качестве детекторов газов, а их чувствительность на детектируемые газы практически не зависит от температуры нагрева структуры. Обнаружено, что дополнительное облучение газовых сенсоров на основе пленок ITO УФ-излучением спо-собствует значительному повышению их чувствительности к адсорбирующимся ве-ществам.
Приведены экспериментальные результаты измерения скорости травления внутрен-ней стенки металлической трубки при наличии в трубке разряда, поддерживаемого инжектируемым электронным пучком. При токах разряда 50–200 мА скорость трав-ления повышается в интервале 10–30 нм/мин.
Представлены результаты экспериментальных исследований влияния плазмы корон-ного разряда на чернозём, краснозём и торф. Воздействие длительностью от 10 до
60 минут производили коронными разрядами положительной и отрицательной по-лярности, которые создавались при помощи много игольчатого верхнего электрода при напряжении 10 кВ и токе 100 мкА. Установлено, что продукты плазмохимии атмосферного воздуха в коронных разрядах взаимодействуют с почвенном поглощаю-щем комплексом и изменяют его физико-химическое состояние. Выявлено влияние
коронного разряда в изменении их электропроводности. Ионизация и диссоциация
молекул воздуха при воздействии коронного разряда приводит к увеличению электро-проводности чернозёма, краснозёма и торфа. Показано, что при использовании ко-ронного разряда при обработке почвы увеличивается плотность заряда в двойном электрическом слое почвенной мицеллы, о чем свидетельствует увеличение показа-теля электропроводности почвенных паст. Разнонаправленность результатов обра-ботки обработанных субстратов минеральной (чернозем, краснозем) и органогенной (торф) природы, выраженной в изменении кислотности, свидетельствует о различии механизмов восприятия электрических разрядов почвенной матрицей.
Исследуется электрогидродинамический процесс движения в системе двух несмеши-
вающихся жидкостей – проводящая вода и трансформаторное масло, под воздей-
ствием импульсного электрического поля, ориентированного перпендикулярно границе
раздела. Показано, что при импульсном воздействии наблюдается более интенсивное
движение проводящей воды, что приводит к её проникновению в слой более легкого
масла, расположенного над водой. Это движение приводит к образованию и росту ко-
нуса воды в масле. Высота конуса зависит от амплитуды и длительности импульса
приложенного напряжения. В результате экспериментов и моделирования определе-
ны характерное время достижения водяным конусом верхнего потенциального элек-
трода. Результаты моделирования в хорошей степени совпадают с эксперименталь-
ными результатами.
Фоново-ориентированный шлирен метод в основном применяется для определения
сравнительно невысоких, менее 1000 K, температур. Представляет интерес, прове-
рить практическую применимость метода при более высоких температурах на при-
мере разряда с жидкими не металлическими электродами (РЖНМЭ). Разряд горит в
открытой атмосфере воздуха с жидким (водяным) катодом и металлическим ано-
дом. Ранее был выполнен эксперимент в РЖНМЭ при фиксированном токе 60 мА, где
температура газа достигала 1500 K. Предполагается, что с увеличением тока темпе-
ратура газа будет расти. В данной работе выполнено измерение температуры газа
РЖНМЭ при фиксированном токе 100 мА. Действительно, температура газа оказа-
лась выше и достигает значения более 2000 K. На практике показано, что фоново-
ориентированный шлирен метод может быть применен для измерения и более высо-
ких температур.
На основе метода поверхностного плазмонного резонанса разработана методика из-
мерения толщины растущей металлической пленки порядка 0,1 мкм. В работе при-
менен метод численного моделирования и создание на его основе в среде LabView про-
граммы управления для контроля процесса роста металлической пленки по ее
оптическим параметрам. Показано, что метод является пригодным для его применения
при управлении процессом получения пленок с повторяющимися оптическими свой-
ствами. Возбуждая на поверхности пленки плазмон поляритонные волны и регистрируя
резонансное взаимодействие поверхностных плазмонов с поверхностной электромаг-
нитной волной, получают отклик в виде оптического сигнала. Анализ характеристик
резонансного отклика дает возможность корректировать ход процесса напыления
Рассматривается конструкция устройства, основанного на ионизационном принципе
действия, для регистрации микрометеороидов и частиц космического мусора c отно-
сительно низкими скоростями (до 4 км/с). Повышение чувствительности устройства
достигается путём применения ионного зеркала и микроканальной пластины в каче-
стве приемника ионов. Включение схемы усилителя с дифференциальным выходом
используется для уменьшения электромагнитных помех.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400