В работе представлены результаты моделирования времени жизни в узкозонных полупроводниковых слоях HgCdTe р- и n-типа проводимости в соответствии с механизмами рекомбинации Оже, излучательным и Шокли-Рида-Холла, используя эмпирические формулы Битти, Ландсберга и Блакемора (BLB), выведенные на основе kp модели Кейна с заданными начальными параметрами. Для структур HgCdTe р-типа проводимости состава x = 0,22 мол. дол., выращенных методом жидкофазной эпитаксии на подложках CdZnTe, методом приближения экспериментальных и теоретических данных рассчитаны характеристические коэффициенты |F1F2| и , значение которых находится в хорошем соответствии с аналогичными работами. Проведена оценка расположения энергетического уровня ловушек в запрещенной зоне материала р-типа проводимости.
Carrier recombination lifetime analysis for HgCdTe narrow-gap layers have been carried out using generation–recombination models such as Shockley–Read–Hall through a trap level in a narrow bandgap, radiative and Auger recombination. The calculations included empirical dependences according to formulas developed by Beattie, Landsberg, and Blakemore (BLB) based on Kane’s k p model with several key parameters determined experimentally. For HgCdTe p-type layers with composition of x = 0.22 grown by liquid-phase epitaxy on CdZnTe substrates, using the simulation of experimental and theoretical data, some characteristic coefficients, such as |F1F2| и have been calculated which are in good agreement with similar works. The trap energy level in the forbidden zone for HgCdTe p-type material has been estimated.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 36690437
Генерационно-рекомбинационные процессы в HgCdTe непосредственно связаны как с механизмами детектирования фотонов, так и механизмами возникновения шума в фотоэлектронных инфракрасных (ИК) устройствах, а поэтому играют важную роль при расчетах основных фотоэлектрических параметров. В данной работе представлены результаты моделирования времени жизни в узкозонных полупроводниковых структурах HgCdTe р- и n-типа проводимости в соответствии с механизмами рекомбинации Оже, излучательным и Шокли-Рида-Холла, используя эмпирические формулы Битти, Ландсберга и Блэкмора (BLB).
Среднее значение времени жизни неосновных носителей заряда по измеренным слоям КРТ р-типа проводимости, выращенным методом ЖФЭ, составило 82,3 нс. Причиной столь невысоких значений времени жизни считается наличие рекомбинационных центров ШРХ, связанных с вакансиями Hg [24], что подтверждено расчетами температурных зависимостей времени жизни в КРТ р-типа проводимости.
Методом сравнения теоретических и экспериментальных данных получено, что для HgCdTe p-типа состава 0,21 < x < 0,23 процесс Оже-1 вносит вклад при относительно высоких температурах (обычно выше T = 150 K), ближе к температуре T = 150 K ключевую роль играет процесс Оже-7. При низких температурах разница между экспериментальными и теоретическими данными определяется процессом рекомбинации через центры ШРХ. С уменьшением плотности центров рекомбинации ШРХ время жизни носителей заряда существенно возрастает, при этом Оже-механизмы становятся фундаментальным ограничением, определяющим параметры приборов на основе КРТ.
Точный расчет интеграла перекрытия волновых функций F1F2 представляет собой отдельную задачу, поскольку данный коэффициент сложным образом зависит от волнового вектора k и температуры T [22]. В работе в результате сравнения теоретических и экспериментальных данных проведена оценка коэффициента F1F2, который составил 0,16 отн. ед. Для материала Hg1-xCdxTe состава x = 0,22 мол. дол. проведена оценка соотношения между временем жизни по механизмам Оже-7 и Оже-1 (A7i) / (A1i), которое составило величину = 12. Расположение энергетического уровня ловушек в запрещенной зоне материала р-типа проводимости по проведенным оценкам составило Еt = 0,035 эВ от зоны проводимости.
Список литературы
1. Hall R. N. // Phys. Rev. 1952 July. Vol. 87. P. 387.
2. Shockley W., Read W. T. // Phys. Rev. 1952 Sept. Vol. 87. P. 835.
3. Beattie A., Landsberg P. T. // Proc. R. Soc. Lond. A. 1959. Vol. 249. Р. 16.
4. Rogalski A. Infrared detectors, 2011, by Taylor and Francis Group, LLC, p. 287.
5. Schacham S. E., Finkman E. // Journal of Applied Physics. 1985. Vol. 57. Р. 2001.
6. Jóźwikowski K., Kopytko M., Rogalski A. // J. Electron. Mater. 2012. Vol. 41. No. 10. P. 2776.
7. Krishnamurthy S., Casselman T. N. // Journal of Electronic Materials. 2000. Vol. 29. P. 828.
8. Landsberg P. T. // Phys. Rev. Vol. 94. 1558.
9. Van Roosbroeck W., Shockley W. // Phys. Rev. 1954. Vol. 94. P. 1558.
10. Blakemore J. S. Semiconductor Statistics, International Series of Monographs on Semiconductors, Vol. 3. – New York: Pergamon, 1962.
11. Long D. (1977) Optical and Infrared detectors. In: Keyes R.J. (ed) Topics in Applied Physics, Vol 19. – Springer, New York.
12. Baars J., Sorger F. // Solid State Commun. 1972. No. 10. P. 875.
13. Weiler M. H. // Solid State Commun. 1981. No. 39. P. 937.
14. Humphreys R. G. // Infrared Physics. 1986. Vol. 26. No. 6. P. 337.
15. Petersen P. E. Auger Recombination in Mercury Cadmium Telluride, in Semiconductors and Semimetals, Vol. 18, eds. R. K. Willardson and A. C. Beer, − Academic Press, New York, 1981.
16. Chu Junhao, Sher Arden Device Physics of Narrow Gap Semiconductors, − Springer Science+Business Media, LLC, 2010.
17. Lopes V. C., Syllaios A. J., Chen M. C. // Semiconductor Science and Technology 1993. Vol. 8. P. 824.
18. Jozwikowski K., Rogalski A. // J. Electron. Mater. 2000. Vol. 29. P. 736.
19. Rogalski A. // Rep. Prog. Phys. 2005. Vol. 68. P. 2267.
20. Kinch M. A. // Journal of ELECTRONIC MATERIALS. 2010. Vol. 39. No. 7. P. 1043.
21. Chen M. C., Colombo L. // J Appl Phys. 1992. Vol. 72. P. 4761.
22. Krishnamurthy S., Berding M. A., Yu Z. G. // Alloys J of Elect Materials. 2006. Vol. 35: P. 1369.
23. Grein C. H., Flatte M. E., Chang Yong // Journal of ELECTRONIC MATERIALS. 2008. Vol. 37. No. 9. P. 1415.
24. Ferron A., Rothman J., Gravrand O. // Journal of ELECTRONIC MATERIALS. 2013. Vol. 42. No. 11. P. 3303.
1. R. N. Hall, Phys. Rev. 87, 387 (1952).
2. W. Shockley and W. T. Read, Phys. Rev. 87, 835 (1952).
3. A. Beattie and P. T. Landsberg, Proc. R. Soc. Lond. A 249, 16 (1959).
4. Antoni.Rogalski, Infrared Detectors (Taylor and Francis Group, LLC, 2011).
5. S. E. Schacham and E. Finkman, Journal of Applied Physics 57, 2001 (1985).
6. K. Jóźwikowski, M. Kopytko, and A. Rogalski, J. Electron. Mater. 41 (10), 2776 (2012).
7. S. Krishnamurthy and T. N. Casselman, Journal of Electronic Materials 29, 828 (2000).
8. P. T. Landsberg, Recombination in Semiconductors, (Cambridge University Press, Cambridge, 2003).
9. W. Van Roosbroeck and W. Shockley, Phys. Rev. 94, 1558 (1954).
10. J. S. Blakemore, Semiconductor Statistics, International Series of Monographs on Semiconductors, Vol. 3. (New York: Pergamon, 1962).
11. D. Long, Optical and Infrared detectors. In: Keyes R.J. (ed) Topics in Applied Physics, vol 19. (Springer, New York, 1977).
12. J. Baars and F. Sorger, Solid State Commun, 10, 875 (1972).
13. M. H. Weiler, Solid State Commun 39, 937 (1981).
14. R. G. Humphreys,Infrared Physics 26 (6), 337 (1986).
15. P. E. Petersen, Auger Recombination in Mercury Cadmium Telluride, in Semiconductors and Semimetals, Vol. 18, (Academic Press, New York, 1981).
16. Junhao Chu and Arden Sher, Device Physics of Narrow Gap Semiconductors (Springer Science+Business Media, LLC, 2010).
17. V. C. Lopes, A. J. Syllaios, and M. C. Chen, Semiconductor Science and Technology 8, 824 (1993).
18. K. Jozwikowski and A. Rogalski, J. Electron. Mater. 29, 736 (2000).
19. A. Rogalski, Rep. Prog. Phys. 68, 2267 (2005).
20. Michael A. Kinch, Journal of ELECTRONIC MATERIALS 39 (7), 1043 (2010).
21. M. C. Chen and L. Colombo, J. Appl. Phys. 72, 4761 (1992).
22. S. Krishnamurthy, M. A. Berding, and Z. G. Yu, J. of Elect. Materials 35, 1369 (2006).
23. C. H. Grein, M. E. Flatte, and Yong Chang, Journal of ELECTRONIC MATERIALS 37 (9), 1415 (2008).
24. A. Ferron, J. Rothman, and O. Gravrand, Journal of ELECTRONIC MATERIALS 42 (11), 3303 (2013).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Долгов А. Н., Клячин Н. А., Прохорович Д. Е. Результаты регистрации линейчатого рентгеновского спектра излучения микропинчевого разряда при моноимпульсной экспозиции детектора 463
Гаврилов С. А., Гавриш С. В., Петренко Н. Ю. Термодинамика испарения амальгамы цезия в газоразрядных приборах 471
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Яковлева Н. И. Анализ времени жизни в узкозонных полупроводниковых слоях HgCdTe 476
Холоднов В. А. К теории исследования всплеска фототока собственного фоторезистора при продольной и попе-речной облученности 485
Будтолаев А. К., Будтолаева А. К., Кравченко Н. В., Хакуашев П. Е., Чинарёва И. В., Тришенков М. А. Пороговая чувствительность типоразмерного ряда фотоприемных устройств на основе p–i–n- и лавинных InGaAs/InP-фотодиодов 494
Базовкин В. М., Варавин В. С., Васильев В. В., Глухов А. В., Горшков Д. В., Дворецкий С. А., Ковчавцев А. П., Макаров Ю. С., Марин Д. В., Мжельский И. В., Половинкин В. Г., Ремесник В. Г., Сабинина И. В., Сидоров Ю. Г., Сидоров Г. Ю., Строганов А. С., Царенко А. В., Якушев М. В., Латышев А. В. Мегапиксельное матричное фотоприёмное устройство среднего ИК-диапазона 501
Половинкин В. Г., Стучинский В. А., Вишняков А. В., Ли И. И. Фотоэлектрические характеристики многоэлементных ИК фотоприемных устройств c сотовой топологией фоточувствительной матрицы при регистрации точечных источников излучения 507 Айнбунд М. Р., Гарбуз А. В., Дементьев А. А., Левина Е. Е., Миронов Д. Е., Пашук А. В., Смирнов К. Я., Чернова О. В. Гибридные высокочувствительные цифровые телевизионные приборы для УФ и ИК спек-тральных диапазонов 514
Деомидов А. Д., Полесский А. В., Юдовская А. Д., Андосов А. И., Соляков В. Н. Аналитическое сравнение методов измерений энергетической характеристики чувствительности и динамического диапазона 518
Стрельцов В. А., Козлов К. В., Смирнова О. Д. Оптимизация частотной характеристики многорядных фотоприемных устройств для регистрации малоразмерных объектов 526
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Малышев И. В., Николаев Е. В. Расчёт, моделирование и экспериментальное исследование фильтрующих свойств полосно-заградительных кольцевых разрезных структур в составе копланарной линии передач 533
Гамкрелидзе С. А., Ильков В. К., Лисицкий А. П., Савельев Ю. Н. Монолитная интегральная схема малошумящего усилителя Х-диапазона 542
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 547
Сводный перечень статей, опубликованных в журнале «Успехи прикладной физики» в 2018 г. 550
Перечень статей, переведенных и опубликованных в англоязычных журналах в 2018 г. 554
XLVI Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу 556
C O N T E N T S
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
A. N. Dolgov, N. A. Klyachin, and D. E. Prokhorovich Results of registration of the X-ray line spectrum of the discharge micropinch emission by a monopulse exposure detector 463
S. A. Gavrilov, S. V. Gavrish, and N. Yu. Petrenko Cesium amalgam evaporation thermodynamics in gas discharge devices 471
PHOTOELECTRONICS
N. I. Iakovleva Carrier recombination lifetime analysis for the HgCdTe narrow-gap layers 476
V. A. Kholodnov A piece of theory of the photocurrent splash in an intrinsic photoconductor under longitu-dinal and transverse illuminations 485
A. K. Budtolaev, A. K. Budtolaeva, N. V. Kravchenko, P. E. Khakuashev, I. V. Chinareva, and M. A. Trishenkov Threshold sensitivity of a standard series of photodetector based on pin and avalanche In-GaAs / InP photodiodes 494
V. M. Bazovkin, V. S. Varavin, V. V. Vasil’ev, A. V. Gluhov, D. V. Gorshkov, S. A. Dvo-retsky, A. P. Kovchavtsev, Y. S. Makarov, D. V. Marin, I. V. Mzhelsky, V. G. Polovinkin, V. G. Re-mesnik, I. V. Sabinina, Yu. G. Sidorov, G. Yu. Sidorov, A. S. Stroganov, A. V. Tsarenko, M. V. Ya-kushev, and A. V. Latyshev Megapixel matrix photodetector of the medium IR range 501
V. G. Polovinkin, V. A. Stuchinsky, A. V. Vishnyakov, and I. I. Lee Photoelectric characteristics of IR FPA detectors with honeycomb topology of photosensi-tive elements under illumination with point radiation sources 507
М. R. Ainbund, A. V. Garbuz, A. A. Dement’ev, E. E. Levina, D. E. Mironov, A. V. Pashuk, K. J. Smirnov, and O. V. Chernova Hybrid high sensitive digital TV devices for UV and IR spectral ranges 514
A. D. Deomidov, A. V. Polesskiy, A. D. Yudovskaya, A. I. Andosov, and V. N. Solyakov Analytical comparison of energy characteristics of sensitivity and dynamic range measur-ing methods 518
V. A. Streltsov, K. V. Kozlov, and O. D. Smirnova Optimization of the frequency response of multi-row photodetector devices for the regis-tration of small-sized objects 526
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
I. V. Malyshev and E. V. Nikolaev Calculation, modeling and experimental study of the filtering properties of band-barrier ring-shaped split structures in the coplanar transmission line 533
S. A. Gamkrelidze, V. K. Ilkov, A. P. Lisitskii, and Yu. N. Saveliev Monolithic integrated circuit of the X-band low noise amplifier based on the Al-GaN/AlN/GaN HEMT-transistor with the SiC substrate 542
INFORMATION
Rules for authors 547
The summary list of the articles published in Uspekhi Prikladnoi Fiziki in 2018 550
The list of articles translated and published in English language journals in 2018 554
XLVI International Zvenigorod Conference on Plasma Physics and Controlled Thermonu-clear Fusion 556
Другие статьи выпуска
Разработана конструкция монолитной интегральной схемы (МИС) малошумящего усилителя диапазонов частот 8–12 ГГц. МИС усилителя изготовлена на гетероструктуре AlGaN/AlN/GaN на подложке SiC. Приведены результаты измерений параметров МИС.
Исследования, проведённые в настоящей работе, направлены на разработку методов расчёта, схемотехническому и электродинамическому моделированиям полосно-заградительных свойств проводящих поверхностных композиционных структур микроволнового диапазона. Эти структуры состоят из двух концентрических полосковых колец, имеющих разрезы в диаметрально противоположных направлениях, и возможных их сочетаний в виде нескольких подобных элементов. Расчётные и экспериментальные исследования проводились на смоделированном макете копланарной линии передачи и размещенными указанными фильтрующими структурами на обратной стороне его печатной платы. В результате выявлено, что двойные разрезные кольцевые резонаторы представляют собой эффективное полосно-заградительное композиционное сочетание фильтрующих элементов для применения в копланарных, полосковых и подобных им линиях передачи. Предложена эффективная электрическая эквивалентная схема такой структуры, позволяющая учесть все распределённые реактивные параметры и корректировать её АЧХ на первичной стадии расчётов. Все результаты расчёта и САПР-моделирования были экспериментально проверены на изготовленных макетах. Были обнаружены новые практические возможности перестройки резонансной частоты этих структур (в диапазоне около 50 %) путём вращения предложенных конструкций мобильных модулей с разрезными кольцами. Они могут быть размещены под проводящей линией в удобном для монтажа месте. Изложены методы пере-стройки и точной подстройки полосы пропускания и коэффициента передачи при настройке рабочих макетов. На примере трёхэлементной фильтрующей структуры получена диаграмма распределения проходящей вдоль линии передачи СВЧ-мощности со стороны расположения разрезных колец, что подтверждает результаты расчёта и моделирования. Определены возможности тонкой корректировки параметров разработанных, смоделированных и изготовленных рабочих макетов полосно-заградительных структур с разрезными кольцевыми резонаторами.
В работе предложено решение задачи оптимизации частотной характеристики входных ячеек большой интегральной схемы (БИС) считывания инфракрасных (ИК) многорядных фотоприемных устройств (ФПУ), осуществляющих регистрацию малоразмерных объектов на пространственно-однородном фоне. В качестве критерия выбрано значение отношения сигнал/шум на выходе ячейки. Предложено расположить дополнительные (отключаемые) дискретно-аналоговые фильтры нижних частот (ФНЧ) первого порядка в ячейках БИС после интеграторов. Подключение дополнительных ФНЧ позволит обеспечить высокую чувствительность к излучению малоразмерного объекта, а отключение ФНЧ – высокое пространственное разрешение. В работе определены оптимальные параметры дополнительных ФНЧ, проведено сравнение эффективности работы предложенных ФНЧ с эффективностью согласованного суммирования сигналов от малоразмерного объекта.
Данная статья посвящена проблемам измерения энергетической характеристики чувствительности фотоприемных устройств в широком диапазоне входных воздействий (оптических потоков). В статье приведены методики измерения энергетической характеристики фотоприемных устройств ультрафиолетового и инфракрасных диапазонов спектра. Проведен сравнительный анализ методик по точности измерения и динамическому диапазону при текущем уровне развития средств измерения. Результаты анализа показали, что не существует единой методики, обладающей наибольшей функциональностью во всех спектральных диапазонах.
Разработаны гибридные цифровые телевизионные детекторы для УФ и ИК спектральных диапазонов на основе электронно-чувствительной матрицы ППЗ с числом элементов 768580, размер чувствительного элемента 1734 мкм, размер изображения 1310 мм. Пороговая облучённость УФ-образца составила 810-11 Вт/см2 на = 280 нм, ИК-образца составила 510-8 Вт/см2 на = 1000–1500 нм.
Представлены результаты расчетов фотоэлектрических характеристик многоэлементных ИК ФПУ с «сотовой» топологией фоточувствительных элементов при регистрации точечных источников излучения. При расчетах учтены основные фотоэлектрические и конструктивные параметры фотоприемников и оптической системы. Показано, что предлагаемая топология фоточувствительной матрицы позволяет увеличить пороговую чувствительность и, следовательно, вероятность обнаружения точечных источников.
Рассмотрены параметры средневолнового инфракрасного фотоприемного устройства, изготовленного в виде гибридной микросхемы на основе фокальной матрицы планарных n+–pпереходов HgCdTe с числом 20482048 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 1,31012 см Гц1/2/Вт.
В статье говорится об особенности проектирования импульсных ФПУ, связанной с необходимостью обеспечения квазиоптимальной фильтрации, обеспечивающей выделение сигнала из шумов фотодиода и усилителя. Показана одна из возможных простых реализаций квазиоптимального фильтра импульсного ФПУ на основе p–i–n- и лавинных InGaAs/InPфотодиодов. Представлены численный анализ зависимости пороговой чувствительности ФПУ на основе InGaAs/InP от длительности входного импульса излучения для различных диаметров фоточувствительного элемента для значений ёмкостей CФД и темновых токов IФД, а также оптимальные значения постоянной времени двойного RC-фильтра, обеспечивающие приемлемые длительности переднего фронта tmax при длительности входного импульса 0,5 = 10 нс для всего типоразмерного ряда ФПУ. Построены графики зависимости пороговой чувствительности ФПУ от длительности сигнала и диаметра фоточувствительного элемента. Сформулированы требования к структуре всех типов ФПУ для максимального выделения импульсного сигнала из шума.
Comparative analysis of splash of intrinsic photoconductivity of semiconductors with increasing concentration of recombination centers has been analyzed at low-level uniform and nonuniform illumination along of the electric field. Equation describing distribution of concentration of nonequilibrium charge carriers has been derived outside approximation of quasi-neutrality for arbitrary light beam profile along of the electric field. It follows from equation that due to photoinduced space charge, the splash of photoelectric gain in photoconductors under illumination perpendicular and along of the electric field should differ significantly at any conditions of recombination on current contacts. If photogeneration of charge carriers is nonuniform, then, unlike uniform photogeneration, the splash of photoelectric gain depends on the polarity of applied voltage. Note, that approximation of quasi-neutrality is insensitive to polarity. An analytical expression is derived for maximum value of electron photoelectric gain depended on concentration of recombination centers in the case of exponential photogeneration profile and sweep-out effect on contacts. Found relation between concentrations of nonequilibrium electrons and holes allows deriving an analytical expression for maximum value of hole photoelectric gain.
В работе предложена методика расчета давления компонентов амальгамы цезия, учитывающая отклонения от закона Рауля при низких рабочих температурах этого сплава. Реализация предложенного алгоритма расчета давлений паров компонентов над амальгамой цезия позволяет прогнозировать механизм пробоя в части основного ионизируемого компонента, формирующего пробой межэлектродного промежутка газоразрядной лампы.
Продемонстрирована высокая эффективность диффузионной камеры в качестве детектора мягкого рентгеновского излучения для исследований импульсной высокотемпературной плазмы методами дифракционной спектроскопии высокого разрешения. В виде отдельных линий в спектре излучения низкоиндуктивной вакуумной искры удалось зарегистрировать характеристическое излучение K и K железа и излучение многозарядных ионов FeXVIII FeXXV. Согласно полученным результатам, признаком перехода к радиационному сжатию микропинча является появление в спектре излучения линии иона FeXVIII, что соответствует представлениям модели радиационного сжатия. На основе полученных экспериментальных данных высказана гипотеза о существовании механизма распада микропинча, отличающегося от ранее предложенного и обычно принимаемого во внимание перегревного механизма.
Статистика статьи
Статистика просмотров за 2026 год.
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