Для изготовления быстродействующих матриц фоточувствительных элементов с малыми темновыми токами использовались двойные гетероструктуры на основе соединений InGaAs– InGaAlAs–InAlAs на InP-подложках. Они включали поглощающий узкозонный слой InGaAs, градиентный слой InGaAlAs и широкозонный слой буферный слой InAlAs. Проведены измерения и сравнение темновых токов в одинарных гетероструктурах InGaAs–InP (с широкозонным слоем InP) и в двойных гетероструктурах InGaAs–InGaAlAs–InAlAs (с широкозонным барьерным слоем InAlAs), выявлено уменьшение токов генерациирекомбинации и диффузии на два порядка в структурах InGaAs–InGaAlAs–InAlAs. Проведено приближение измеренных и теоретических ВАХ-методом подгонки параметров, определена рабочая температура, необходимая для оптимальной работы матриц фотодиодов на основе гетероэпитаксиальных структур InGaAs, которая лежит в пределах 260—280 К.
InGaAs–InGaAlAs–InAlAs double heterojunctions on the InP substrates were used to fabricate highspeed FPAs with low dark currents. They included InGaAs narrow gap absorption layer, InGaAlAs graded band gap layer, and InAlAs large bandgap layer. The dark current characteristics have been measured and compared in single InGaAs–InP and double InGaAs–InGaAlAs–InAlAs heterojunction photodiodes. It was shown, that in double InGaAs–InGaAlAs–InAlAs heterojunction photodiodes the dark current is more than a factor of 100 smaller than in the single InGaAs–InP heterojunction photodiodes. Numerical simulation of volt-ampere characteristics for these devices allowed to determine the optimum working temperature, which was in the range of 250—280 K.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 23649673
Измерения и расчеты отдельных составляющих темнового тока фотодиодов, изготовленных мезатравлением в двойных гетероструктурах InGaAs–InGaAlAs–InAlAs N–i–I–P+-типа, показали, что при небольших напряжениях смещения (U = 0 –5 В) преобладает ток генерации-рекомбинации, а в области низких температур 200— 250 К основной вклад в суммарный ток фотодиода вносят токи туннелирования. Проведено приближение измеренных и теоретических ВАХ методом подгонки параметров, определена скорость поверхностной рекомбинации на границе слоя поглощения, которая для двойных гетероструктур оказалась на два порядка меньше, чем в одинарных p–i–n-структурах. Определена оптимальная рабочая температура охлаждения, которая для одинарных гетероструктур InP–InGaAs–InP составляет 250—260 К, а для двойных гетероструктур ~280 К.
Таким образом, применение двойных гетероструктур InGaAs–InGaAlAs–InAlAs N–i–I–P+-типа весьма перспективно при изготовлении фотоприемных устройств на основе InGaAs с высокими фотоэлектрическим параметрами.
Список литературы
1. Филачёв А. М., Таубкин И. И., Тришенков М. А. Твердотельная фотоэлектроника. Фотодиоды. — М.: Физматкнига, 2011.
2. Филачёв А. М., Таубкин И. И., Тришенков М. А. Современное состояние и магистральные направления развития твердотельной фотоэлектроники. — М.: Физматкнига, 2010.
3. Jae-Hyung Jang, Student Member, Gabriel Cueva, et al. // Jour. of Lightwave Technology. 2002. V. 20. No. 3. P. 507.
4. Болтарь К. О., Чинарева И. В., Лопухин А. А. и др. // Прикладная физика. 2013. № 5. C. 10.
5. Onat Bora M., Jiang Xudong, and Itzler Mark / LEOS Annual Meeting Conference Proceedings. LEOS’09 IEEE, DOI 10.1109/LEOS.2009.5343289.
6. Griggs Melissa J., Kayes Brendan M., and Atwater Harry A. // Proc. SPIE. V. 6339. P. 63390D-1.
7. Onat Bora M., Huang Wei, Masaun Navneet,et al. // Proc. SPIE. 2007. V. 6542. Р. 65420L1.
8. Williams G. M., Compton M., Ramirez D. A., et al. // IEEE of the Electron Devices Society (J-EDS). 2013. Issue 2. P. 54. DOI 10/1109/JEDS.2013.2258072.
9. Forrest S. R. // IEEE J Quantum Electron. 1981. V. 17. P. 217.
1. A. M. Filachev, I. I. Taubkin, and M. A. Trishenkov, Solid-State Photoelectronics. Photodiodes. (Fizmatkniga, Moscow, 2011) [in Russian].
2. A. M. Filachev, I. I. Taubkin, and M. A. Trishenkov, The Current Status and Main-Line Trackage for Development of Photoelectronics (Fizmatkniga, Moscow, 2010) [in Russian].
3. Jae-Hyung Jang, Student Member, Gabriel Cueva, et al., Jour. of Lightwave Technology 20, 507 (2002).
4. K. O. Boltar, I. V. Chinareva, A. A. Lopukhin, et al., Prikladnaya Fizika, No. 5, 10 (2013).
5. Bora M. Onat, Xudong Jiang, and Mark Itzler, in LEOS Annual Meeting Conference Proceedings. LEOS’09 IEEE, (DOI 10.1109/LEOS.2009.5343289).
6. Melissa J. Griggs, Brendan M. Kayes, and Harry A. Atwater, Proc. SPIE 6339, 63390D-1.
7. Bora M Onat., Wei Huang, Navneet Masaun,et al., Proc. SPIE 6542, 65420L1 (2007).
8. G. M. Williams, M. Compton, D. A. Ramirez, et al., IEEE of the Electron Devices Society (J-EDS) Issue 2, 54 (2013).
9. S. R. Forrest, IEEE J Quantum Electron. 17, 217 (1981).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Глуховской Е. Г., Жуков Н. Д. Протекание тока в автоэмиссионном наноконтакте металл—полупроводник 5
Нищев К. Н., Новопольцев М. И., Саврасов К. В., Мишкин В. П., Елисеев В. В., Мартыненко В. А., Гришанин А. В. Исследование низкотемпературного спекания серебросодержащих паст методом растровой электронной микроскопии 10
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Мещеряков А. И., Вафин И. Ю. Измерения эффективного заряда плазмы по спектру мягкого рентгеновского излучения и по проводимости на стеллараторе Л-2М в условиях боронизации вакуумной камеры 15
Долгов А. Н., Прохорович Д. Е., Клячин Н. А. Возможный механизм формирования наблюдаемой структуры источников мягкого рентгеновского излучения в микропинче 20
Александров А. Ф., Петров А. К., Вавилин К. В., Кралькина Е. А., Неклюдова П. А., Никонов А. М., Павлов В. Б., Айрапетов А. А., Одиноков В. В., Сологуб В. А., Павлов Г. Я. Исследование параметров плазмы «геликонного» разряда в макете ВЧ гибридной плазменной системы 25
Андреев В. В., Новицкий А. А., Винниченко Л. А., Умнов А. М., Ндонг Д. Д. Параметры электронного пучка, инжектируемого в магнитную ловушку плазменного ускорителя 29
Андреев В. В., Новицкий А. А., Умнов А. М., Чупров Д. В. Пространственная конфигурация плазменного сгустка, полученного при гиромагнитном резонансе в пробочной магнитной ловушке 35
Виноградов С. В., Кононов М. А., Кононов В. М. Получение ориентированных тетраэдрических углеродных фуллеренов методом магнетронного распыления 40
Головин А. И. Оценка влияния параметров анода на вольт-амперную характеристику открытого разряда 43
Иванов К. Г., Щербаков А. П., Иванов Д. К. Образование плазменного шнура углеродным волокном 47
Аль-Харети Ф. М. А., Омаров О. А., Омарова Н. О., Омарова П. Х., Хачалов М. Б. Роль термоэлектронной эмиссии в формировании и развитии искрового канала в газах 52
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Балиев Д. Л., Болтарь К. О. Влияние многократных термоударов на распределение элементов с повышенным шумом в многорядном МФПУ 57
Козлов К. В., Кузнецов П. А. Исследование влияния алгоритма ВЗН на выходные характеристики многорядного МФПУ 61
Яковлева Н. И., Болтарь К. О. Быстродействующие матрицы фотодиодов на основе двойных гетероструктур InGaAs–InGaAlAs–InAlAs и их характеристики 66
Седнев М. В., Болтарь К. О., Иродов Н. А., Демидов С. С. Исследование фотоэлектрической взаимосвязи элементов матричных ФП на основе гетероэпитаксиальных структур InGaAs 73
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Амосов В. Н., Родионов Н. Б., Митрофанов К. В., Егоров А. С., Мещанинов С. А., Родионов Р. Н., Пиксайкин В. М. Тестирование алмазного нейтронного детектора на каскадном сильноточном ускорителе КГ–2,5 80
Железнов Ю. А., Хасая Р. Р., Хомич Ю. В., Ямщиков В. А. Эффективный метод увеличения длительности импульса излу-чения электроразрядного KrF-лазера 85
Шулюпин А. Н., Чернев И. И. Тепловизионный метод исследования гидродинамических характеристик пароводяных геотермальных скважин 89
Жуков Н. Д., Мосияш Д. С., Хазанов А. А., Абаньшин Н. П. Оптимизация структуры и материала автокатода 93
ИНФОРМАЦИЯ
Трехтомник по твердотельной фотоэлектронике 98
Правила для авторов журнала 100
Бланк-заказ для подписки на 2015 г. 102
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
E. G. Gluhovskoy and N. D. Zhukov Charge transport in metal–semiconductor autoemission nanocontact 5
K. N. Nishchev, M. I. Novopoltsev, K. V. Savrasov, V. P. Mishkin, V. V. Eliseev, V. A. Martynenko, and A. V. Grishanin Investiga-tion of the process of low-temperature sintering of silver-pastes by the scanning electron microscopy 10
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
A. I. Meshcheryakov and I. Yu. Vafin Estimations of the plasma effective charge at the L-2M stellarator after boronization of its vacuum chamber on the basis of measurements of a soft X-ray spectrum and plasma conductivity 15
A. N. Dolgov, D. E. Prokhorovich, and N. A. Klyachin A possible mechanism of the observed patterns of the soft X-ray radiation in a micropinch 20
A. F. Aleksandrov, A. K. Petrov, K. V. Vavilin, E. A. Kralkina, P. A. Neklyudova, A. M. Nikonov, V. B. Pavlov, A. A. Ayrapetov, V. V. Odinokov, V. A. Sologub, and G. Ya. Pavlov Investigation of “Helicon” discharge plasma parameters in the hybrid RF plasma system 25
V. V. Andreev, A. A. Novitsky, L. A. Vinnichenko, A. M. Umnov, and D. O. Ndong Properties and parameters of a electron beam injected into a mirror magnetic trap of a plasma accelerator 29
V. V. Andreev, A. A. Novitsky, A. M. Umnov, and D. V. Chuprov Spatial distribution of a plasma vortex obtained under gyromagnetic resonance in the mirror magnetic trap 35
S. V. Vinogradov, M. A. Kononov, and V. M. Kononov Oriented tetrahedral fullerene getting by vacuum magnetron sputtering 40
A. I. Golovin Estimation of the effect of anode characteristics on volt-ampere curves for an open discharge 43
K. G. Ivanov, A. P. Shcherbakov, and D. K. Ivanov Formation of a plasma filament along the carbon fiber 47
F. M. A. Al-Harethi, O. A. Omarov, N. O. Omarova, P. H. Omarova, and M. B. Khachalov Explosive processes in the development of the spark channel at gas breakdown 52
PHOTOELECTRONICS
D. L. Baliev and K. O. Boltar Effect of multiple cooling cycles on high-noise elements distribution in TDI IR detectors 57
K. V. Kozlov and P. A. Kyznetsov Investigation of the TDI algorithm influence on FPA output characteristics 61
N. I. Iakovleva and K. O. Boltar High-speed FPAs based on InGaAs–InGaAlAs–InAlAs double heterojunctions and their current characteristics 66
M. V. Sednev, K. O. Boltar, N. A. Irodov, and Demidov Research of photoelectric interrelation of elements in a photodiode matrix on the basis of InGaAs heteroepetaxy structures 73
PHYSICAL APPARATUS AND ITS ELEMENTS
V. N. Amosov, S. A. Meshchaninov, N. B. Rodionov, R. N. Rodionov, A. S. Egorov, K. V. Mitrofanov, and V. M. Piksaikin Testing the diamond neutron detector at the KG–2.5 cascade high-current accelerator 80
Yu. A. Zheleznov, R. R. Khasaya, Yu. V. Khomich, and V. A. Yamcshikov Effective approach for increasing the duration of KrF laser radiation 85
A. N. Shulyupin and I. I. Chernev Heat shooting as a research method of hydrodynamic characteristics of steam-water geothermal wells 89
N. D. Zhukov, D. S. Mosiyash, A. A. Khazanov, and N. P. Abanshin Optimization of the structure and material for the field emission cathode 93
INFORMATION
Three Volumes on Photoelectronics 98
Rules for authors 100
Subscription 102
Другие статьи выпуска
Исследована полевая эмиссия в разных вариантах структуры и материалов автокатода. Найдены условия оптимизации коэффициента усиления поля на автокатоде в условиях: структура — точечный (острийный) эмиттер, удалённый от (плоского) коллектора; материалы — узкозонные полупроводники А3В5. На зёрнах этих материалов микронного размера можно получить коэффициент усиления поля более 103, значения плотности тока эмиссии до 1А/см2.
Рассматривается использование тепловой съемки для исследования гидродинамических процессов в системе транспортировки пароводяного геотермального теплоносителя. Приведены температуры поверхности устьевой обвязки скважин Мутновского месторождения. Выявлена существенная зависимость измеренной температуры от коэффициентов теплоотдачи. Отмечена возможность разработки бесконтактного метода определения расходных параметров скважин на основе тепловой съемки.
Исследована возможность увеличения длительности генерации эксимерного KrF-лазера за счет использования режима накачки активной среды с периодически затухающим напряжением на разрядном промежутке. Для KrF-лазера с максимальной выходной энергией до 30 мДж диапазон изменения длительности импульсов излучения составил 16—45 нс.
Выполнены радиационные испытания алмазного детектора на каскадном сильноточном ускорителе КГ–2,5. При наборе флюенса 21014 см-2 для 14 МэВ-нейтронов было обнаружено ухудшение работы детектора, вследствие эффекта «поляризации». Энергетическое разрешение ухудшилось в 2,3 раза. Скорость счета в пике (n, )-реакции уменьшилась на 7 %, а положение этого пика сдвинулось на 1 МэВ по отношению к позиции пика необлученного детектора. При этом работоспособность детектора как радиометра нейтронного потока сохранялась. Измерены спектры отклика облученного детектора при повышенных температурах.
Представлены результаты исследований фотоэлектрической взаимосвязи элементов в матрицах ФЧЭ на основе различных гетероэпитаксиальных структур с поглощающим слоем InGaAs. Матрицы ФЧЭ изготовлены по разным технологиям: а — планарная, б — мезатехнология, в — мезапланарная на nB(Al0,48In0,52As)p-структурах. Показано, что в матрицах, изготовленных по мезапланарной технологии на nB(Al0,48In0,52As)p-структурах успешно сочетаются малые темновой ток и фотоэлектрическая взаимосвязь.
В работе исследуется влияние алгоритма режима временной задержки и накопления (ВЗН) на выходные характеристики многорядного матричного фотоприемного устройства (МФПУ). В качестве параметров выходных характеристик используются пространственное разрешение и амплитуда сигнала от точечной цели. Рассмотрены два способа реализации режима ВЗН внутри большой интегральной схемы (БИС) считывания: на основе аналогового КМОП ВЗН-регистра и на основе ВЗН-сумматоров. Исследованы зависимости пространственного разрешения и амплитуды ВЗН-сигналов от значения коэффициента переноса заряда между ячейками регистра. Предложен универсальный метод выбора параметров ВЗН-регистра. Произведено сравнение двух способов реализации режима ВЗН с точки зрения параметров выходных характеристик МФПУ.
В данной работе исследовано распределение элементов с повышенным шумом в линейке фотоприемника формата 6576 на основе КРТ длинноволнового диапазона спектра при многократном охлаждении от комнатной температуры до 80 К. Проведена оценка вероятности выхода из строя ВЗН-канала при деселекции для полученного распределения элементов с повышенным шумом.
В работе представлены данные экспериментального исследования формирования искрового канала, где в результате плавления вискера образуется катодное пятно с последующим дрейфом из него термоэлектронного пучка. Измерены параметры плазмы в различных типах разрядов. По регистрируемым спектрам ионных и атомных линий определялась концентрация электронов, а по их относительным интенсивностям — температура электронов в моменты образования стримера, канала и дуги.
Приведены результаты исследования электрической проводимости углеродных волокон (УВ) под воздействием импульсных токов. Показано, что импульсные токи через УВ, создают ионизированную плазму, шунтирующую сопротивление УВ образованием канала с высокой проводимостью вдоль волокна. Подобное явление может найти применение, например, для молниезащиты различных объектов.
Предложенная ранее математическая модель процессов в высоковольтном тлеющем разряде с убеганием электронов (открытом разряде) позволяет учитывать влияние положения и эффективной прозрачности анода на вольт-амперную характеристику. Выполнен численный анализ зависимостей безразмерных параметров, показавший, что в большинстве случаев влияние характеристик анода незначительно, что соответствует имеющимся экспериментальным данным.
Методом магнетронного распыления углерода в вакууме получены образцы пленок, состоящих из ориентированных тетраэдрических фуллеренов на стеклянной подложке с буферным слоем из нитрида циркония ZrN. Методом атомно-силовой микроскопии получены изображения тетраэдрических фуллеренов на подложке.
Экспериментально и численно изучается пространственная конфигурация релятивистских плазменных сгустков, генерируемых в процессе гиромагнитного авторезонанса и удерживаемых в зеркальной магнитной ловушке. С помощью рентгеноспектральных и рентгенорадиометрических измерений исследованы характеристики генерируемого плазменными сгустками тормозного излучения с газа и со стенок камеры, что позволило определить область локализации сгустка и проанализировать динамику его удержания.
Определены параметры инжектора аксиального плазменного пучка, инжектируемого в плазменный ускоритель, действующий на основе гирорезонансного ускорения электронов в реверсном магнитном поле. Методом частиц в ячейке проведено численное моделирование захвата электронов пучка в режим гирорезонансного ускорения. Определено оптимальное время аксиальной инжекции пучка в магнитную ловушку пробочного типа. Найдены параметры пучка, удовлетворяющие условиям эффективного захвата частиц в режим гиромагнитного авторезонанса.
В работе представлены результаты экспериментального исследования параметров плазмы «геликонного» разряда в макете ВЧ гибридной плазменной системы, оснащенном соленоидальной антенной. Показано, что с ростом величины внешнего магнитного поля происходит формирование плазменного «столба» и смещение максимальных значений ионного тока по оси разряда в сторону нижнего фланцу макета. Изменение конфигурации магнитного поля позволяет управлять формой плазменного столба.
В плазме микропинчевого разряда наблюдается устойчивое формирование трубчатой области, излучающей в диапазоне L-спектра плазмообразующего элемента. Оценки показывают, что за формирование трубчатого источника мягкого рентгеновского излучения может отвечать аномальное скинирование тока в перетяжке вследствие быстрого возрастания напряженности поля, вызванного аномальным ростом сопротивления плазмы.
Проведение процедуры боронизации стенок вакуумной камеры привело к тому, что существенно изменился состав плазмы в рабочих импульсах стелларатора Л-2М. Это, в свою очередь, вызвало необходимость вычисления эффективного заряда плазмы. В режиме омического нагрева был измерен эффективный заряд плазмы по проводимости плазменного шнура и из спектра мягкого рентгеновского излучения. Обнаружено сильное влияние боронизации на значение эффективного заряда плазмы. Сравнение значений эффективного заряда плазмы, измеренного двумя способами позволило определить условия, в которых оба метода дают хорошее согласие, и появляется возможность оценивать эффективный заряд плазмы из спектральных измерений.
Методом растровой электронной микроскопии исследованы изменения микроструктуры спеченных слоев серебросодержащих паст в зависимости от температуры процесса спекания (230—270 °С) при заданном давлении прессования, а также в зависимости от давления прессования (10—40 МПа) при заданной температуре спекания. Установлена корреляция полученных результатов с данными электрических измерений.
На туннельном микроскопе исследованы ВАХ в автоэмиссионном наноконтакте вольфрамовый микрозонд—микрозерно поверхности полупроводников А3В5. ВАХ эмиссии из зёрен GaAs соответствуют теории полевой эмиссии из металлов, а узкозонных InSb и InAs — эмиссии из приповерхностных электронных состояний. В режимах эмиссии и инжекции наблюдались важные для практики явления низкополевой эмиссии и ограничений тока локализованным зарядом. Результаты объясняются в рамках модели кулоновского взаимодействия и локализации лёгких электронов.
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