Анализируются возможности создания фоточувствительных структур с квантовыми точками Ge/Si для оптоэлектроники. Даются рекомендации по условиям роста, необходимым для получения максимальных обнаружительной способности фотоприемников и КПД солнечных элементов на квантовых точках. Показано, что для достижения оптимальных характеристик фотоприемников следует выращивать квантовые точки при достаточно высоких температурах, а для увеличения коэффициента преобразования солнечных элементов при относительно низких температурах роста.
In this work, opportunities for photosensitive structures based on Ge/Si quantum dots for optoelectronics are analyzed. Recommendations on growth conditions necessary for achieving maximum detectivity of infrared photodetectors with quantum dots and efficiency of quantum dot solar cells are given. It is also shown, that for optimization of photodetectors characteristics quantum dots should be grown at rather high temperatures, and, on the contrary, at relatively low temperatures for maximization of solar cells efficiency.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- УДК
- 535.215. Электрическое действие. Фотоэлектрические явления. Фотоэлектрический эффект
621.31. Электротехника. Производство, преобразование, передача, распределение и регулирование электроэнергии. Электроизмерительная техника. Техническое применение магнетизма и статического электричества - eLIBRARY ID
- 22508107
В представленной работе на основе теоретической модели, позволяющей рассчитывать параметры квантовых точек, полученных методом МЛЭ, даются рекомендации по условиям роста, необходимым для получения максимальных обнаружительной способности и коэффициента полезного действия фотоприемников и солнечных элементов на квантовых точках соответственно. Показано, что для достижения оптимальных характеристик фотоприемников следует выращивать квантовые точки при достаточно высоких температурах, а для увеличения коэффициента преобразования солнечных элементов, наоборот, при низких температурах.
Список литературы
1. Пчеляков О. П., Болховитянов Ю. Б., Двуреченский А. В. и др. // ФТП. 2000. Т. 34. № 11. С. 1281.
2. Brunner K. // Rep. Prog. Phys. 2002. V. 65. No. 27. P. 27.
3. Wang K. L., Cha D., Liu J., Chen C. // Proc. of the IEEE. 2007. V. 95. No. 9. P. 1866.
4. Шкляев А. А., Ичикава М. // Успехи физических наук. 2008. Т. 178. № 2. С. 139.
5. Lozovoy K. A., Voitsekhovskiy A. V., Kokhanenko A. P., et al. // Opto-Electronics Review. 2014. V. 22. No. 3. P. 171.
6. Войцеховский А. В., Коханенко А. П., Лозовой К. А. и др. // Успехи прикладной физики. 2013. Т. 1. № 3. С. 338.
7. Aqua J.-N., Berbezier I., Favre L. // Physics Reports. 2013. V. 522. P. 59.
8. Phillips J. // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. No. 7. P. 4590.
9. Luque A., Marti A. // Phys. Rev. Lett. 1997. V. 78. No. 26. P. 5014.
10. Pchelyakov O. P., Dvurechenskii A. V., Nikiforov A. I., et al. // Russian Physics Journal. 2011. V. 53. P. 943.
11. Dvurechenskii A. V., Nenashev A. V., Yakimov A. I. // Nanotechnology. 2002. V. 13. P. 75.
12. Дубровский В. Г. // ФТП. 2006. Т. 40. № 10. С. 1153.
13. Лозовой К. А., Войцеховский А. В., Коханенко А. П. // Изв. вузов. Физика. 2013. № 9/2. С. 17.
14. Lozovoy K. A., Voitsekhovskiy A. V., Kokhanenko A. P., et al. // Surface Science. 2014. V. 619. P. 1.
15. Войцеховский А. В., Григорьев Д. В., Пчеляков О. П. и др. // Прикладная физика. 2010. № 2. С. 96.
1. O. P. Pchelyakov, Yu. B. Bolkhovityanov, A. V. Dvurechensky, et al., Semiconductors 34, 1281 (2000).
2. K. Brunner, Rep. Prog. Phys. 65 (27), 27 (2002).
3. K. L. Wang, D. Cha, J. Liu, et al., Proc. of the IEEE 95, 1866 (2007).
4. A. A. Shklyaev and M. Ichikava, Usp. Phys. 178, 139 (2008).
5. K. A. Lozovoy, A. P. Kokhanenko, et al., Opto-Electronics Review 22 (3), 171 (2014).
6. A. V. Voitsekhovskiy, A. P. Kokhanenko, K. A. Lozovoy, et al., Uspekhi Prikladnoi Fiziki 1, 338 (2013).
7. J.-N. Aqua, I. Berbezier, and L. Favre, Physics Reports 522, 59 (2013).
8. J. Phillips, J. Appl. Phys. 91, 4590 (2002).
9. A. Luque and A. Marti, Phys. Rev. Lett. 78, 5014. (1997)
10. O. P. Pchelyakov, A. V. Dvurechenskii, A. I. Nikiforov, et al., Russian Physics Journal 53, 943 (2011).
11. A. V. Dvurechenskii, A. V. Nenashev, and A. I. Yakimov, Nanotechnology 13. 75 (2002).
12. V. G. Dubrovsky, Semiconductors 40, 1153 (2006).
13. K. A. Lozovoy, A. V. Voitsekhovskiy, and A. P. Kokhanenko, Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Fizika No. 9/2, 17 (2013).
14. K. A. Lozovoy, A. V. Voitsekhovskiy, and A. P. Kokhanenko, et al, Surface Science 619, 1 (2014).
15. A. V. Voitsekhovskiy, D. V. Grigor’ev, O. P. Pchelyakov, et al., Prikladnaya Fizika, No. 2, 96 (2010).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Войцеховский А. В., Горн Д. И. Лазерная генерация в структурах КРТ с квантовыми ямами 5
Роках А. Г., Шишкин М. И., Вениг С. Б., Матасов М. Д., Аткин В. С. Аналогии между экзоэлектронной фотоэмиссией и вторично-ионным фотоэффектом в полупроводниках 11
Логунов М. В., Неверов В. А., Мамин Б. Ф. Исследование структурных неоднородностей карбида кремния методом малоуглового рентгеновского рассеяния 15
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Пляка П. С., Алихаджиев С. Х., Толмачев Г. Н. Исследование пылевых частиц, образующихся при распылении сложного оксида в кислородном высокочастотном разряде 19
ЭЛЕКТРОННЫЕ, ИОННЫЕ И ЛАЗЕРНЫЕ ПУЧКИ
Кулиш В. В., Лысенко А. В., Алексеенко Г. А., Коваль В. В., Ромбовский М. Ю. Супергетеродинные плазменно-пучковые ЛСЭ с винтовыми электронными пучками 24
Крылов В. И., Хомяков В. В. Тормозное излучение электронов, проходящих через многослойную структуру кулоновых центров и ускоряемых электрическим полем 29
Чебан А. Ю., Хрунина Н. П., Леоненко Н. А. Результаты экспериментальных исследований по резанию карбонатных горных пород мощным лазерным излучением 34
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Холоднов В. А., Бурлаков И. Д., Другова А. А. Аналитический подход к выбору оптимальной структуры лавинных гетеро-фотодиодов на основе прямозонных полупроводников 38
Войцеховский А. В., Коханенко А. П., Лозовой К. А. Оптимизация ростовых условий для улучшения параметров фотоприемников и солнечных элементов с квантовыми точками 45
Акимов В. М., Андреев Д. С., Демидов С. С., Иродов Н. А., Климанов Е. А. Вольтамперные характеристики фотодиодов матрицы фоточувствительных элементов планарного типа на основе структуры p-InP/InGaAs/n-InP 50
Балиев Д. Л., Лазарев П. С., Болтарь К. О. Исследование фотоэлектрических параметров фотоприемного модуля формата 320×256 на основе InGaAs 54
Роках А. Г., Шишкин М. И., Скапцов А. А., Пузыня В. А. О возможности плазменного резонанса в пленках CdS-PbS в средней инфракрасной области спектра 58
Скребнева П. С., Бурлаков И. Д., Яковлева Н. И. Исследование гетероэпитаксиальных структур CdHgTe методом спектроскопической эллипсометрии 61
Кашуба А. С., Пермикина Е. В., Головин С. В. Исследование поверхности эпитаксиальных гетероструктур CdхHg1-хТе после полирующего травления 67
Гришечкин М. Б., Денисов И. А., Силина А. А., Смирнова Н. А., Шматов Н. И. Исследование условий выращивания монокристаллов Cd1-xZnxTe (х ≤ 0,04) методом вертикальной направленной кристаллизации по Бриджмену 72
Мадатов Р. С., Алекперов А. С., Гасанов О. М., Байрамов Р. Б. Влияние атомов примеси Sm и гамма-излучения на спектры фотопроводимости слоистых монокристаллов GeS 76
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Бедарева Е. А., Горелик Л. И., Колесова А. А., Полесский А. В., Семенченко Н. А., Шкетов А. И. Светосильный двухдиа-пазонный инфракрасный объектив 80
Тиранов Д. Т., Гусева А. А., Филиппов В. Л. Моделирование полей яркости объектов на фоне разорванной облачности атмосферы при наблюдении из нижней полусферы 85
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов журнала «Прикладная физика» 88
Трехтомник по твердотельной фотоэлектронике 90
Бланк-заказ для подписки 92
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
A. V. Voitsekhovskii and D. I. Gorn Laser generation in the structures with CdHgTe quantum wells 5
A. G. Rokakh, M. I. Shishkin, S. B. Venig, M. D. Matasov, and V. S. Atkin Analogies between exoelectroniс photoemission and secondary ionic photoeffect in semiconductors 11
M. V. Logunov, V. A. Neverov, and B. F. Mamin Investigation of structural inhomogeneity of silicon carbide by the low-angle X-ray scattering method 15
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
P. S. Plyaka, S. H. Alikhadjiev, and G. N. Tolmachev Investigation of dust particles, forming by complex oxide sputtering in oxygen radiofrequency discharge 19
ELECTRON, ION, AND LASER BEAMS
V. V. Kulish, A. V. Lysenko, G. A. Oleksiienko, V. V. Koval, and M. Yu. Rombovsky Plasma-beam superheterodyne FELs with helical electron beams 24
V. I. Krylov and V. V. Khomyakov Bremsstrahlung of electrons passing through the multilayer structure of Coulomb centers and accelerated by a homogeneous electric field 29
A. Y. Cheban, N. P. Khrunina, and N. A. Leonenko Improvement of technology of continuous extraction of rocks with the use of laser radiation 34
PHOTOELECTRONICS
V. A. Kholodnov, I. D. Burlakov, and A. A. Drugova Analytical approach to the selection of the optimal structure of avalanche heterophotodiodes on the basis of direct bandgap semiconductors 38
A. V. Voytsekhovskiy, A. P. Kokhanenko, and K. A. Lozovoy Optimization of growth conditions for improvement of parameters of photoreceivers and solar cells with quantum dots 45
V. M. Akimov, D. S. Andreev, S. S. Demidov, N. A. Irodov, and E. A. Klimanov The current-voltage characteristics of photodiodes of the planar type FPA based on p-InP/InGaAs/n-InP structure 50
D. L. Baliev, P. S. Lazarev, and K. O. Boltar Research of main photoelectric characteristics of the 320256 InGaAs FPA’s 54
A. G. Rokakh, M. I. Shishkin, A. A. Skaptsov, and V. A. Puzynya On the possibility of the plasma resonance in CdS-PbS films in the middle infrared region 58
P. S. Skrebneva, I. D. Burlakov, and N. I. Iakovleva Investigation of the heteroepitaxial CdHgTe structures by spectroscopic ellipsometry 61
A. S. Kashuba, E. V. Permikina, and S. V. Golovin Investigation of the surfaces of CdхHg1-хTe epitaxial heterostructuresafter etching 67
M. B. Grishechkin, I. A. Denisov, A. A. Silina, N. A. Smirnova, and N. I. Shmatov Investigation of growing conditions of Cd1-xZnxTe single crystals (x 0,04) by the vertical directed сrystallization (Bridgman) method 72
R. S. Madatov, A. C. Alekbarov, O. M. Hasanov, and R. B. Bayramov Influence of the Sm atom impurity and gamma irradiation on photoconductivity spectrum of layered GeS monocrystals 76
PHYSICAL APPARATUS AND ITS ELEMENTS
E. A. Bedareva, L. I. Gorelik, A. A. Kolesova, A. V. Polesskiy, N. A. Semenchenko, A. I. Shketov High-aperture dual-band infrared lens 80
D. T. Tiranov, A. A. Guseva, and V. L. Philippov Modeling objects brightness fields against the background of the broken cloud cover of atmosphere at observing from a lower hemisphere 85
INFORMATION
Rules for authors 88
Three Volumes on Photoelectronics 90
Subscription 92
Другие статьи выпуска
Предложена технология имитационного 3D-моделирования разноспектральных изображений сцен, определяющих полетные эволюции летательных аппаратов (ЛА) на фоне разорванной облачности. Результаты моделирования яркостных изображений представлены для случая высокослоистых облачных полей в диапазоне 0,3—3,0 мкм.
Приведены результаты разработки светосильного двухдиапазонного инфракрасного объектива, построенного на основе четырех сферических компонентов. Объектив обладает качеством изображения, близким к дифракционному, и высоким пропусканием без просветления компонентов объектива. Одновременно в статье приведены результаты расчетных исследований по применению объектива с современными двухдиапазонными фотоприемными устройствами на основе КРТ и QWIP (SLS II type).
Изучены поляризационные спектры фотопроводимости слоистых кристаллов GeS. легированных атомами Sm и выращенных методом Бриджмена. В области края собственного поглощения в спектрах фотопроводимости наблюдаются два сильно поляризованных максимума, разрешенных в поляризации || E a либо || E b. При температурах выше 200 К в монокристалле Ge0,995Sm0,005S наблюдаются примесные пики. Гамма-излучение в дозах до 30 крад увеличивает фотопроводимость на 30
Исследованы условия выращивания монокристаллов Cd1-xZnxTe (х ≤ 0,04) методом вертикальной направленной кристаллизации (ВНК) по Бриджмену с использованием затравки, ориентированной в направлениях [111] или [211]. Подобраны условия проведения процесса затравления. Оптические и структурные свойства выращенных кристаллов удовлетворяют требованиям, предъявляемым к материалу подложек для жидкофазной эпитаксии гетероструктур Hg1-xCdxTe. Показана возможность выращивания слитков с объемной долей монокристалла до 99 %.
В работе приведены результаты исследований гетероструктур теллурида кадмияртути ориентации [310] после полирующего травления. Измерения электрофизических характеристик и визуальный контроль методом атомно-силовой микроскопии показали, что травление ГЭС КРТ в системе Н2О2-НВr-этиленгликоль с добавлением метанола улучшает структуру поверхности CdHgTe по сравнению с травлением в данной системе без метанола. При этом значения концентрации поверхностных электронов, рассчитанные по зависимости коэффициента Холла от величины магнитного поля, уменьшаются на порядок, шероховатость поверхности снижается не менее чем в три раза.
Исследуются возможности метода спектроскопической эллипсометрии как бесконтактного метода изучения важнейших параметров полупроводниковых гетероструктур с наноразмерными слоями. Методом неразрушающей спектроскопической эллипсометрии определен состав, толщина, коэффициент преломления рабочих и вспомогательных слоев гетероэпитаксиальной структуры КРТ, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии.
Выполнено моделирование плазменного резонанса в пленках CdS-PbS на гладком стекле по методикам Кухарского-Субашиева и Д. И. Биленко. На матированном стекле обнаружен тот же минимум в спектре оптического отражения при 6 мкм, что и на гладком стекле. Природа оптического резонанса, как и в «чистом» сульфиде кадмия, связывается с избыточным кадмием, образующим донорную примесь, хотя для ее выяснения требуются дополнительные исследования.
Исследованы темновые токи фотодиодов и основные фотоэлектрические параметры фотоэлектронных модулей коротковолнового ИК-диапазона (0,9—1,7 мкм) формата 320×256, выполненных с шагом 30 мкм на основе эпитаксиальных гетероструктур InGaAs на подложке InP и изготовленных по планарной и меза-технологии.
Исследованы вольтамперные характеристики (ВАХ) отдельных фотодиодов матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) планарного типа на основе гетероэпитаксиальной структуры р-InP/InGaAs/n-InP формата 320256 элементов с шагом 30 мкм и размером фоточувствительной площадки 2020 мкм2. При подаче смещения на отдельные ФЧЭ получены большие значения темновых токов и фототоков при слабых засветках, что свидетельствует о наличии связи с соседними элементами. Подача напряжения одновременно на соседние площадки (измерение в режиме “охранного кольца”) приводила к уменьшению темнового и фототока, и при напряжении обратного смещения от -2 до -6 В для различных образцов, величина темнового тока составляла менее 1 пА, а фоточувствительность 0,8 А/Вт. Дано качественное объяснение механизма взамосвязи между элементами наличием инверсионного слоя на гетероэпитаксиальной границе.
Используя аналитическую модель лавинного гетерофотодиода (ЛГФД), изложены принципы выбора его оптимальной структуры. Модель базируется на аналитических выражениях для поля лавинного пробоя p─n-гетероструктуры и межзонного туннельного тока в ней, который определяет минимальный уровень шума в ЛГФД на основе прямозонных полупроводников. Для уменьшения туннельного тока в этом случае нужно использовать структуру с разделенными областями поглощения и умножения (РОПУ). Рассмотренный подход позволяет аналитически определить параметры структуры, при которых последнее реализуется. Кроме того, он дает возможность в аналитическом виде определить параметры и структуры типа low-high-low, которые одновременно обеспечивали бы как минимальный туннельный ток, так и минимальный лавинный шумфактор.
Представлены результаты экспериментальных исследований по резанию карбонатных горных пород лазерным излучением. Предлагается лазерный автоматизированный комплекс для оснащения карьерных комбайнов при технологической подготовке скальных пород к выемке.
В первом борновском приближении найдены сечения неполяризованного тормозного излучения электронов, ускоряемых однородным электрическим полем и проходящих через упорядочную многослойную структуру кулоновых центров. Проведенный численными методами анализ полученных сечений показал, что с увеличением числа слоев кулоновых центров, к которым внешнее поле нормально, пространственная структура тормозного излучения заметно изменяется по сравнению с излучением на одном слое. Такое изменение связано с быстрым ростом (с увеличением числа слоев) вклада в тормозное излучение рассеяния электронов на кулоновых центрах по сравнению с их движением в однородном поле.
Построена нелинейная теория плазменно-пучковых супергетеродинных лазеров на свободных электронах доплертронного и Н-убитронного типов с учетом неосевого влета релятивистского электронного пучка по отношению к продольному фокусирующему магнитному полю. Показано, что с увеличением угла влета электронного пучка коэффициент усиления электромагнитного сигнала увеличивается. Выяснено, что такое увеличение усиления сигнала определяется возрастанием инкремента нарастания плазменно-пучковой неустойчивости, что связано с уменьшением продольной энергии электронов.
Исследованы наночастицы, образовавшиеся в плазме емкостного высокочастотного разряда при распылении керамической мишени титаната бария-стронция в среде кислорода. В полученных спектрах комбинационного рассеяния наблюдаются как линии исходного сложного оксида, так и линии простых оксидов. Приведены временные зависимости концентрации пыли в потенциальной ловушке, проанализирована динамика изменений. Сделанные оценки скорости движения пылевых частиц в разрядной камере согласуются с экспериментальными результатами.
Методом малоуглового рентгеновского рассеяния исследована наноструктура кристаллов карбида кремния. Детальный анализ индикатрис рассеяния позволил установить наличие структурных неоднородностей в виде точечных дефектов, линейных и объемных фракталов. Характерной особенностью кристаллов является отсутствие фрактальных поверхностей раздела рассеивающих образований и агрегатов.
Ранее нами было показано, что увеличение выхода вторичных ионов из полупроводника при подсветке связано с раскачкой кристаллической решетки за счет энергии рекомбинирующих электронно-дырочных пар в узкозонной фазе. Применение подобных рассуждений к электронному газу в полупроводниках наводит на мысль о возможности туннельной фотоэмиссии электронов под действием плазменного резонанса в ближней и средней инфракрасной области спектра. Необходимый рельеф поверхности может быть обеспечен в гетерофазных радиационно-стойких пленках типа CdS-PbS.
В данной статье представлен анализ имеющихся в настоящее время экспериментальных работ по получению лазерной генерации в структурах CdxHg1-xTe (КРТ) с множественными квантовыми ямами (МКЯ), выращенных методом молекулярнолучевой эпитаксии (МЛЭ). Для рассмотренных структур было проведено моделирование электронного спектра носителей заряда в квантовой яме, рассчитаны энергии оптических переходов и дана интерпретация наблюдаемых в экспериментах пиков спонтанного и стимулированного излучения.
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