Параметры традиционных полупроводниковых фотоприёмников приблизились к своим теоретическим пределам. Лавинные фотодиоды позволяют проводить счёт единичных фотонов не только в режиме Гейгера, но и в линейном режиме, обладающем рядом важных преимуществ. Разработаны фотодиоды даже с «нешумящей» лавиной, что ранее считалось невозможным. Предложены новые фоточувствительные структуры, в том числе структуры с электронным переносом и структуры с энергетическим барьером для основных носителей. Выдающиеся успехи достигнуты в разработке матричных фотоприёмных устройств. Освоены все актуальные спектральные диапазоны — от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного. В диапазоне 8—10 мкм получено рекордное значение эквивалентной шуму разности температур 1—2 мК.
The parameters of traditional photoreceivers have practically reached their supposed limits. The avalanche photodiodes make it possible to count single photons not only in Geiger-, but also in line regimes, which have a couple of important advantages. Some devices even with non-noisy avalanche have been derived, that previously was considered impossible. New structures with electronic transfer are proposed, with energy barrier for the main mediums. Extraordinary success has been achieved in the area of matrix photoreceivers. All the actual spectral diapasons are mastered, starting with the ultraviolet and till the distant infrared. A record number of the difference of temperatures 1—2 mK equivalent to the noise has been received in the diapason of 8—10 mkm.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 23420536
В обзоре рассмотрены основные научные и технические достижения, определяющие мировой уровень развития твёрдотельной фотоэлектроники. И стремительное развитие фотоэлектроники продолжается.
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Rein M. B., Lamarre P., Hairston A. // Compound Semiconductors. 2006. No. 6. P. 27.
2. Turner D. G. et al. The development of and applications for extended response (from 0,7 to 1,7 micron) InGaAs FPA’s // Proc. SPIE. 2008. V. 6940. P. 694037.
3. http://www.raytheon.com.
4. Mizraki U. et al. New features and development directions in SCD’s microbolometer technology // Proc. SPIE. 2008. V. 6940. P. 694020.
5. Black S. RVS uncooled sensor development for tactical applications // Proc. SPIE. 2008. V. 6940. P. 694022.
6. Little J. W. et al. Thin active region type-II superlattice photodiode arrays // J. Applied Physics Letters. 2007. V. 101. No. 14. P. 044514.
7. Delauney P. Y. et al. Substrate removal for high quantum efficiency back side // J. Applied Physics Letters. 2007. V. 91. No. 23. P. 231106.
8. Choi K. K. et al. Optimization of corrugated QWIPs for large format, high quantum efficiency and multi-color FPAs // Infrared Physics and Technology. 2007. V. 50. No. (2-3). P. 124.
9. Becker L. A review of advances in EO/IR FPA technology for Space System Applications // Proc. SPIE. 2006. V. 6294. P. 6294OR.
10. Chioni V., Gulininatti A., Rech I., et al. Progress in Silicon Single-Photon Avalanche Diodes // IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics. 2007. V. 13. No. 4. P. 852.
11. Stewart A. G. et al. Performance of 1mm2 Photomultiplier // IEEE J. of Quantum Electronics. 2008. V. 44. No. 2. P.157.
12. Tosi A., Mora A. D., Zappa F., et al. InGaAs/InP single photon avalanche diodes show low dark counts and require moderate cooling // Proc. SPIE. 2009. V. 7222. P. 722221.
13. Tosi A., Cove S., et al. Ge and InGaAs/InP SPADs for single photon detection in the near infrared // Proc. SPIE. 2008. V. 6771. P. 6771OP.
14. Bai Y., Bajaj J., Belitic J. W., et al. Teledyne Imaging Sensors: CMOS imaging technologies for x — ray, UV, visible and near infrared // Proc. SPIE. 2008. V. 7021. P. 702101.
15. Niclass C. et al. A single Photon Avalanche Photodiode implemented in 130-nm CMOS-Technolog// IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics. 2007. V. 13. No. 4. P. 863.
16. Robbins M. S., Hadwen B. J. he Noise Performance of Electron Multiplying Charge Coupled Devices // IEEE Trans. 2002. V. T-ED. P. 1488R.
17. Aina L., Fathimulla A., Hier H. et al. Non- Geiger-mode single-photon counting APDs with high detection probability and afterpulse-free performance // Proc. SPIE. 2007. V. 6771. P. 6771OR.
18. Verghese S., Donelly J. P., Duerr E. K., et al. Arrays of InP-based Avalanche Photodiodes for Photon Counting // IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics. 2007. V. 13. No. 4. P. 870.
19. Derelle S., Bernhard S., Haidar R., et al. Experimental performance and Monte Carlo modeling of LWIR CdHgTe avalanche photodiodes // Proc. SPIE. 2009. V. 7356. P. 735627.
20. Asbrock J., Bailey S., Baley D., et al. Ultra-High Sensitivity APD based 3D LADAR Sensors: linear mode photon counting LADAR camera for the Ultra-Sensitivity Detector Program // Proc. SPIE. 2008. V. 6940. P. 69402.
21. Price J. P. G., Jones C. L., Hipwood L. G. Dual-Band MW/LW IRFPAs made from HgCdTe grown by MOVPE // Proc. SPIE. 2008. V. 7113. P. 7113OG.
22. Huntington A. S., Compton M. A., Williams G. Linearmode single-photon APD detectors // Proc. SPIE. 2007. V. 6771. P. 6771OQ.
23. Chem J., Sun J. Ultrahigh speed uni-travelling-carrier photodiodes based on materials of short carrier lifetime. // Proc. SPIE. 2009. V. 7279. P. 7279IR.
24. Klipstein P. XBn barrier photodetectors for high sensitivity and high operating temperature IR sensors. // Proc. SPIE. 2008. V. 6940. P. 69402U.
25. Aqua J. N., Berbezler I., Favre L. // Physics Report. 2013. V. 522.
26. Lozovoy K. A., Voitsekhovskiy A. V., Kokhanenko A. P. // Opto-Electronics Review. 2014. V. 22. No. 3.
1. M. B. Rein, P. Lamarre, and A. Hairston, Compound Semiconductors, No. 6, 27 (2006).
2. D. G. Turner, et al., The development of and applications for extended response (from 0,7 to 1,7 micron) InGaAs FPA’s. Proc. SPIE 6940, 694037 (2008).
3. http://www.raytheon.com.
4. U. Mizraki, et al., New features and development directions in SCD’s microbolometer technology. Proc. SPIE 6940, 694020 (2008).
5. S. Black, RVS uncooled sensor development for tactical applications, Proc. SPIE 6940, 694022 (2008).
6. J. W. Little, et al., Thin active region type-II superlattice photodiode arrays. J. Applied Physics Letters 101 (14), 044514 (2007).
7. P. Y. Delauney, et al., Substrate removal for high quantum efficiency back side. J. Applied Physics Letters 91 (23), 231106 (2007).
8. K. K. Choi, et al., Optimization of corrugated QWIPs for large format, high quantum efficiency and multi-color FPAs. Infrared Physics and Technology 50 (2-3), 124 (2007).
9. L. Becker, A review of advances in EO/IR FPA technology for Space System Applications. Proc. SPIE 6294, 6294OR (2006).
10. V. Chioni, A. Gulininatti, I. Rech, et al., Progress in Silicon Single-Photon Avalanche Diodes. IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics 13 (4), 852 (2007).
11. A. G. Stewart, et al., Performance of 1mm2 Photomultiplier. IEEE J. of Quantum Electronics 2008, 44 (2), 157 (2008).
12. A. Tosi, A. D. Mora, F. Zappa, et al., InGaAs/InP single photon avalanche diodes show low dark counts and require moderate cooling. Proc. SPIE 7222, 722221 (2009).
13. A. Tosi, S., Cove et al., Ge and InGaAs/InP SPADs for single photon detection in the near infrared. Proc. SPIE 6771, 6771OP (2008).
14. Y. Bai, J. Bajaj, J. W. Belitic, et al., Teledyne Imaging Sensors: CMOS imaging technologies for x — ray, UV, visible and near infrared. Proc. SPIE 7021, 702101 (2008).
15. C. Niclass, et al., A single Photon Avalanche Photodiode implemented in 130-nm CMOS-Technology. IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics 13 (4), 863 (2007).
16. M. S. Robbins and B. J. Hadwen, The Noise Performance of Electron Multiplying Charge Coupled Devices. IEEE Trans. T-ED, 1488R (2002).
17. L. Aina, A. Fathimulla, H. Hier, et al., Non-Geigermode single-photon counting APDs with high detection probability and afterpulse-free performance. Proc. SPIE 6771, 6771OR (2007).
18. S. Verghese, J. P. Donelly, E. K. Duerr, et al., Arrays of InP-based Avalanche Photodiodes for Photon Counting. IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics 13 (4), 870 (2007).
19. S. Derelle, S. Bernhard, R. Haidar, et al., Experimental performance and Monte Carlo modeling of LWIR CdHgTe avalanche photodiodes. Proc. SPIE 7356, 735627 (2009).
20. J. Asbrock, S. Bailey, D. Baley, et al., Ultra-High Sensitivity APD based 3D LADAR Sensors: linear mode photon counting LADAR camera for the Ultra-Sensitivity Detector Program. Proc. SPIE 6940, 69402 (2008).
21. J. P. G. Price, C. L. Jones, and L. G. Hipwood, Dual-Band MW/LW IRFPAs made from HgCdTe grown by MOVPE. Proc. SPIE 7113, 7113OG (2008).
22. A. S. Huntington, M. A. Compton, and G. Williams, Linear-mode single-photon APD detectors. Proc. SPIE 6771, 6771OQ (2007).
23. J. Chem and J. Sun, Ultrahigh speed uni-travellingcarrier photodiodes based on materials of short carrier lifetime. Proc. SPIE 7279, 7279IR (2009).
24. P. Klipstein XBn barrier photodetectors for high sensitivity and high operating temperature IR sensors. Proc. SPIE 6940, 69402U (2008).
25. J. N. Aqua, I. Berbezler, and L. Favre, Physics Report 522, (2013).
26. K. A. Lozovoy, A. V. Voitsekhovskiy, and A. P. Kokhanenko. Opto-Electronics Review 22, No. 3 (2014).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Климанов Е. А. О механизмах геттерирования генерационно-рекомбинационных центров в кремнии при диффузии фосфора и бора 121
Ташаев Ю. Н. Моделирование электро-статического поля тороида 126
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Гришина И. А., Иванов В. А., Коврижных Л. М. Современное состояние исследований в области физики плазмы и плазменных технологий в России (обзор по материалам XLII Международной конференции по физике плазмы и УТС) 133
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 145
Балмашнов А. А., Бутко Н. Б., Степина С. П., Умнов А. М., Хименес М. Х. Параметры ЭЦР-плазмы, формируемой в коаксиальном резонаторе плазменного инжектора CERA-RI-2 (вычислительный эксперимент) 150
Курбанисмаилов В. С., Омаров О. А., Рагимханов Г. Б., Арсланбеков М. А., Абакарова Х. М., Али Рафид А. А. Импульсный объемный разряд в гелии при высоких перенапряжениях 154
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Филачёв А. М., Таубкин И. И., Тришенков М. А. Достижения твёрдотельной фотоэлектроники (обзор) 162
Яковлева Н. И. Процессы рекомбинации и анализ времени жизни в узкозонных полупроводниковых структурах CdHgTe 169
Пермикина Е. В., Кашуба А. С. Исследование эпитаксиальных гетероструктур HgCdTe 180
Филатов А. В., Карпов В. В., Сусов Е. В., Грибанов А. А., Кузнецов Н. С., Петренко В. И. Фоторезисторы с кодом Грея из гетеро-эпитаксиальных структур CdxHg1-xTe на спектральный диапазон 2—11 мкм с термоэлектрическим охлаждением 190
Филатов А. В., Сусов Е. В., Акимова Н. М., Карпов В. В., Шаевич В. И. Высоко-стабильные фоторезисторы диапазона 8—12 мкм из ГЭС КРТ МЛЭ 196 Будтолаева А. К., Хакуашев П. Е., Чинарева И. В. Исследование имплантации бериллия в InP 202
ИНФОРМАЦИЯ
Сводный перечень статей, опубликованный в журнале в 2014 г. 209
Правила для авторов 212
Бланк для подписки 214
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
E. A. Klimanov Mechanism of gettering the generation-recombination centers in silicon at diffusion of phosphorus and boron 121
Y. N. Tashayev Modeling of the electrostatic field of the charged toroid 126
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
I. A. Grishina, V. A. Ivanov, and L. M. Kovrizhnykh Current state of researches in plasma physics and plasma technologies in Russia (a review of the XLII International Zvenigorod Conference, 2014) 133
A. I. Meshcheryakov and I. Yu. Vafin Measurement of the plasma effective charge on the soft X-ray spectrum and on conductivity of plasma at the L-2M stellarator 145
A. A. Balmashnov, S. P. Stepina, N. B. Butko, A. M. Umnov, and М. J. Jimenez Parameters of ECR plasma created in а coaxial cavity of the CERA-RI-2 injector (computer simulation) 150
V. S. Kurbanismailov, O. A. Omarov, G. B. Ragimkhanov, M. A. Arslanbekov, Kh. M. Abakarova, and A. A. Ali Rafid Pulse volume discharge in helium at high overvoltages 154
PHOTOELECTRONICS
A. M. Filachov, I. I. Taubkin, and M. A. Trishenkov A review on advances in the solid-state photoelectronics 162
N. I. Iakovleva Recombination mechanisms and minority carrier lifetime analysis in the narrowband CdHgTe structures 169
E. V. Permikina and A. S. Kashuba The investigation of of CdхHg1-хTe multilayered structures for production of matrix photodetector 180
A. V. Filatov, V. V. Karpov, E. V. Susov, A. A. Gribanov, N. S. Kuznetsov, and V. I. Petrenko Photoresistors with a Gray code from heteroepitaxial structures CdxHg1-xTe on the 2-11 μm spectral range with thermoelectric cooling 190
A. V. Filatov, E. V. Susov, N. M. Akimova, V. V. Karpov, and V. I. Shaevich Processing the highly stable 8—12 μm photoresistors on the basis of molecularbeam heteroepitaxial CdHgTe structures 196
A. K. Budtolaeva, P. E. Khakuashev, and I. V. Chinareva Study of the beryllium im-plantation in InP 202
INFORMATION
Summary list of articles published in 2014 209
Rules for authors 212
Subscription to the Journal 214
Другие статьи выпуска
Авторами исследовалась имплантация ионов бериллия в InP с последующим отжигом с целью ее использования для формирования охранного кольца в планарном лавинном фотодиоде (ЛФД) на основе структур n-InP/n-InGaAs/n+-InP. Проведен качественный анализ изменения профилей легирования в зависимости от температуры и времени отжига. Рассмотрены процессы, происходящие в InP при его легировании бериллием с последующим отжигом имплантированных слоев.
Разработаны фоторезисторы для диапазона спектра 8—12 мкм из гетероэпитаксиальных структур CdxHg1-xTe, полученных молекулярно-лучевой эпитаксией. Применение в качестве защитного покрытия поверхности чувствительных элементов собственного анодного окисла обеспечивает вместе с другими методами высокие чувствительность параметров фоторезисторов и их сохраняемость.
Приведены результаты разработки фоторезисторов с термоэлектрическим охлаждением фоточувствительных элементов в топологии пятиразрядного кода Грея из гетероэпитаксиальных структур CdxHg1-xTe, полученных молекулярно-лучевой эпитаксией и предназначенных для регистрации импульсного лазерного излучения на длине волны 10,6 мкм. Исследованы зависимости отношения сигнал/шум от состава узкозонного рабочего слоя эпитаксиальной структуры и конструкции фоторезистора.
Представлены результаты исследований эпитаксиальных гетероструктур теллурида кадмия-ртути ориентации [310] р-типа проводимости, выращенных молекулярно-лучевой эпитаксией на подложках из арсенида галлия. Исследованы морфология поверхности и электрофизические характеристики ГЭС КРТ. Приведены результаты исследований гетероструктур КРТ после полирующего травления и пассивации поверхности.
Обсуждаются основные процессы генерации-рекомбинации носителей заряда в структурах на основе тройного соединения CdHgTe: объемные процессы (излучательная и безизлучательная рекомбинация) и процессы, происходящие на поверхности. Рассматривается концепция моделирования согласно классической теории, представлены параметры и коэффициенты, необходимые для расчета времени жизни в узкозонных гетероэпитаксиальных структурах. Показано влияние ударных Оже-процессов, излучательного механизма и механизмов рекомбинации, зависящих от наличия дополнительных уровней в запрещенной зоне вследствие включений, примесей и несовершенств кристаллической решетки, являющихся центрами рекомбинации ШоклиРида-Холла, в заданном температурном диапазоне. Построены аналитические зависимости времени жизни неосновных носителей заряда от обратной температуры в полупроводниковых структурах CdHgTe различного состава.
Экспериментально исследованы электрические, пространственно-временные и спектральные характеристики импульсного объемного разряда (ОР) в Не атмосферного давления в режиме однородного горения, в режиме перехода ОР в искровой канал и при переходе ОР в сильноточный диффузный режим (СДР). Показано, что при перенапряжениях (более 300 %) формируется СДР с плотностью тока 102—103 А/см2, концентрацией электронов ~1016 см-3 и температурой 1—2 эВ.
Представлены результаты численного моделирования движения частиц плазмы в плазменном ЭЦР-инжекторе CERA-RI-2. Определены области доминирующих потерь частиц плазмы и интенсивность плазменных и ионных потоков.
В работе измерение сопротивления плазменного шнура было использовано для определения эффективного заряда плазмы в двух режимах омического разряда стелларатора Л-2М: до и после проведения процедуры боронизации вакуумной камеры. В режимах без боронизации вакуумной камеры Zeff принимает значения от 4 до 6 и уменьшается с ростом плотности. С введением процедуры боронизации значения эффективного заряда, измеренные по проводимости, лежат в интервале Zeff = (1,5—2) и не проявляют зависимость от плотности. Сравнение значений эффективного заряда, вычисленных по спектру мягкого рентгеновского излучения и по электропроводности, показывает, что в случае, когда фактор превышения меньше 20, оба метода хорошо согласуются. В импульсах, когда фактор превышения больше значения 20, допущение о доминировании одной примеси, а именно, бора, не верно, и вышеизложенный метод требует более сложного анализа.
Дан обзор наиболее интересных результатов, представленных на ежегодной XLII Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу, состоявшейся с 9 по 13 февраля 2015 года в городе Звенигород Московской области. Проведен анализ главных направлений исследований в области физики плазмы в России.
Электростатический потенциал заряженного проводящего тора представлен в виде суммы произведений функций Лежандра на гармонические функции. Рассмотрена задача о распределении электростатического потенциала вокруг равномерно заряженного вдоль поверхности непроводящего тора. Решение задачи сведено к вычислению поверхностного интеграла и выражено через эллиптический интеграл первого рода. Обсуждён вопрос о наличии «потенциальной ямы» в центре тора.
Механизм процесса геттерирования генерационно-рекомбинационных центров в кремнии n- и р-типа диффузионным слоем фосфора можно описать сегрегационной моделью, учитывающей образование ионных пар металлическая примесь-фосфор в n+-слое. Расчеты удовлетворительно описывают экспериментальные результаты при условии, что геттерируемая примесь (Fe) в n+-слое является двухзарядным акцептором в положении замещения (Fe2-). При этом эффективность геттерирования возрастает с ростом концентрации фосфора пропорционально (n/ni)2[P+]. Закономерности процесса геттерирования при диффузии бора могут быть описаны сегрегационной моделью, в которой стоком для примесей служит слой боросиликатного стекла.
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