В статье рассмотрено современное состояние с разработкой фотоприемников и фотоприемных устройств, работающих в диапазоне длин волн электромагнитного излучения 0,1—0,38 мкм. Приведен обзор мировых достижений и тенденций развития этой области фотоэлектроники на основе различных полупроводниковых материалов. Рассмотрены основные физико-технические проблемы создания второго поколения ультрафиолетовых фотоприемных модулей на основе соединений АIII-N.
The current status of research and development of photodetectors and FPAs for the 0.1—0.38 μm radiation is presented in this article. A review of the world achievements on creating UV modules of second generation on the basis of the АIII-N compounds has been made.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 22662140
Наиболее перспективным направлением построения матричных фотоприемников «видимослепого» и «солнечно-слепого» ультрафиолетового диапазона является использование матриц р–i–n-фотодиодов на основе гетероэпитаксиальных структур AlGaN/GaN.
Ультрафиолетовые модули на основе мезаструктур матриц p–i–n-фотодиодов соединений нитридов AlGaN/GaN имеют характеристики, близкие к лучшим мировым достижениям как для «видимослепого», так и для «солнечно-слепого» УФ-диапазонов.
Проблема дефектности ГЭС на основе AlGaN на сапфировой подложке — наиболее актуальная в настоящее время для создания ультрафиолетовых модулей, которая может быть решена оптимизацией промежуточных буферных слоев.
Достигнутые результаты могут служить базой для создания на основе AlGaN более сложных перспективных фотоприемников и матриц, в том числе с лавинным усилением для использования в качестве счетчиков единичных фотонов.
Список литературы
1. Koller L. R. Ultraviolet Radiation, — New York: Wiley&Sons. 1965.
2. Полупроводниковые фотоприемники: ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра. Под ред. В. И. Стафеева. — М.: Радио и связь, 1984.
3. Анисимова И. Д., Стафеев В. И. // Прикладная физика. 1999. № 2. С. 41.
4. Бланк Т. В., Гольдберг Ю. А. // ФТП. 2003. Т. 37. № 9. С. 1025.
5. Sadao Adachi. Properties of Semiconductor Alloys. Group-IV, III-V and II-VI Semiconductors. — J. Wiley and Sons, Ltd., 2009.
6. Dilute III-V Nitride Semiconductors and Materials Systems. Physics and Technology. Ed. A. Erol. / Springer Series in Materials Science. 2008. V.105.
7. III-Nitride Semiconductors: Electrical, Structural and Defect Properties. Ed. O. Manasreh. / Elsevier Science B. V., 2000.
8. Gallium Nitride Electronics. Ed. R.Quay. / Springer Series in Materials Science. 2008. V. 96.
9. Oxide and Nitride Semiconductors. Processing, Properties and Applications. Eds. T.Yao and Soon-Ku Hong. / Advanced in Material Research, Springer, 2009. V. 12.
10. Ruterana P., Albrecht M., Neugebauer J. Nitride Semiconductors. Handbook on Materials and Devices. — Wiley-VCH, Verlag GmbH&Co. KGaA, 2003.
11. Markoc H. Handbook of Nitride Semiconductors and Devices. V.1: Materials Properties, Physics and Growth, 2008; V. 2: Electronics and Optical Progress in Nitrides, 2008.
12. Бурлаков И. Д., Войцеховский А. В., Несмелов С. Н. и др. // Нано- и микросистемная техника. 2012. № 6. С. 46.
13. Бурлаков И. Д., Войцеховский А. В., Несмелов С. Н. и др. // Нано- и микросистемная техника. 2012. № 7. С. 37.
14. Halain J.-P.; Debaize A.; Gillis J.-M.; et al. // Proc. SPIE. 2014. V. 9144.
15. Sood Ashok K., Welse Roger E., Richwine Robert A., et al. // Proc. SPIE. 2012. V. 8375.
16. Koda Y., Kuroda R., Nakazawa T., et al. // Proc. SPIE. 2013. V. 8659.
17. Heather C. Chiamori, Chetan Angadi, Ateeq Suria, et al. // Proc. SPIE. 2014. V. 9113.
18. Abhay Joshi, Shubhashish Datta // Proc. SPIE. 2012. V. 8385.
19. Mazin Benjamin A., Bumble Bruce, Meeker Seth R., et al. // Optics Express. 2012. V. 20. No. 2.
20. Rivera Abdiel, Zeller John, Manzur Tariq, et al. // Proc. SPIE. 2012. V. 8540.
21. Rivera Abdiel, Mazady Anas, Zeller John, et al. // Proc. SPIE. 2013. V. 8626.
22. Bayram C., Shiu K. T., Zhu Y., et al. // Proc. SPIE. 2013. V. 8626.
23. Rivera Abdiel, Mazady M. Anas, Zeller John, et al. // Proc. SPIE. 2013. V. 8711.
24. Zhang Sheng-Kun, Wang Wubao, Alfano Robert R., et al. // Proc. SPIE. 2012. V. 8262 .
25. Joshi Abhay, Datta Shubhashish // Proc. SPIE. 2012. V. 8385.
26. Болтарь К. О., Чинарева И. В., Седнев М. В. и др. // Успехи прикладной физики. 2013. Т. 1, № 4. С. 488.
27. Малин Т. В., Гилинский А. М., Мансуров В. Г. и др. / Тезисы докладов 9-й Всероссийской конференции «Нитриды галллия, индия и алюминия — структуры и приборы». — С.-Петербург. 2013.
28. Бурлаков И. Д., Болтарь К. О., Яковлева Н. И. и др. // Успехи прикладной физики. 2013. Т. 1. № 3. С. 344.
29. Болтарь К. О., Бурлаков И. Д., Филачев А. М. и др. // Прикладная физика. 2013. № 6. С. 54.
30. Болтарь К. О., Бурлаков И. Д., Сиднев М. В. и др. // Успехи прикладной физики. 2013. Т. 1. № 2. С. 200.
31. Stratton R. / in Tunneling Phenomena in Solids, 1967 NATO Advanced Study Institute at RisЕ Denmark (eds E. Burstein and S. Lundqvist) — Plenum Press, New York, 1969.
32. Зайцев А. А., Хромов С. С. // Прикладная физика. 2012. № 1. С. 110.
33. Amano H., Sawaki N., Akasaki I., et al. // Appl. Phys. Lett. 1986. V. 48. P. 353.
34. Kuznia J. N., Asif Khan M., Olson D. T., et al. // J. Appl. Phys. 1993. V. 73 (9). P. 4700.
35. Lorenz K., Gonsalves M., Kim W., et al. // Appl. Phys. Let. 2000. V. 77. No. 21. P. 3391.
36. Lee I.-H., T. G., Park Y. // J. Cryst. Growth. 2002. V. 234. P. 305.
37. Jiang H. X., Lin J. Y. // Opto-Electronics Review. 2002. V. 10(4). P. 271.
38. Bourret-Courchense E. D., Kellermann S., Yu K. M., et al. // Appl. Phys. Let. 2000. V.77. No. 22. P. 3562.
39. Sakai S., Wang T., Morishima Y., et al. // J. Cryst. Growth. 2000. V. 221. P. 334.
1. L. R. Koller, Ultraviolet Radiation (New York: Wiley&Sons. 1965).
2. Semiconductor Photodetectors. Call. Articl. Ed. by V. I. Stafeev (Radio I Svyaz’, 1984) [in Russian].
3. I. D. Anisimova and V. I. Stafeev, Prikladnaya Fizika, No. 2, 41 (1999).
4. T. V. Blank and Yu. A. Gol’dberg, Semiconductors 37, 1025 (2003).
5. Sadao Adachi, Properties of Semiconductor Alloys. Group-IV, III-V and II-VI Semiconductors. (J.Wiley and Sons, Ltd., 2009).
6. Dilute III-V Nitride Semiconductors and Materials Systems. Physics and Technology. Ed. A. Erol. (Springer Series in Materials Science. 2008). V.105.
7. III-Nitride Semiconductors: Electrical, Structural and Defect Properties. Ed. O. Manasreh. (Elsevier Science B. V., 2000).
8. Gallium Nitride Electronics. Ed. R.Quay. (Springer Series in Materials Science. 2008). V. 96.
9. Oxide and Nitride Semiconductors. Processing, Properties and Applications. Eds. T.Yao and Soon-Ku Hong. (Advanced in Material Research, Springer, 2009). V. 12.
10. P. Ruterana, M. Albrecht, and J. Neugebauer, Nitride Semiconductors. Handbook on Materials and Devices. (Wiley-VCH, Verlag GmbH&Co.KGaA, 2003).
11. H. Markoc Handbook of Nitride Semiconductors and Devices. V.1: Materials Properties, Physics and Growth, (2008).
12. I. D. Burlakov, A. V. Voitsekhovskii, S. N. Nesmelov, et al., Nano- i Mikrosistemnaya Tekhnika, No. 6, 46 (2012).
13. I. D. Burlakov, A. V. Voitsekhovskii, S. N. Nesmelov, et al., Nano- i Mikrosistemnaya Tekhnika, No. 7, 37 (2012).
14. J.-P. Halain; A. Debaize; J.-M. Gillis; et al., Proc. SPIE. 9144, (2014).
15. Ashok K. Sood, Roger E. Welser, Robert A. Richwine, et al., Proc. SPIE 8375, (2012).
16. Y. Koda, R. Kuroda, T. Nakazawa, et al., Proc. SPIE 8659, (2013).
17. Heather C. Chiamori, Chetan Angadi, Ateeq Suria, et al., Proc. SPIE 9113, (2014).
18. Abhay Joshi and Shubhashish Datta, Proc. SPIE 8385 (2012).
19. Benjamin A. Mazin, Bruce Bumble, Seth R. Meeker, et al., Optics Express. 20 (2), (2012).
20. Abdiel Rivera, John Zeller, Tariq Manzur, et al., Proc. SPIE 8540, (2012).
21. Abdiel Rivera, Anas Mazady, John Zeller, et al., Proc. SPIE 8626, (2013).
22. C. Bayram;. K. T. Shiu; Y. Zhu; et al., Proc. SPIE 8626, (2013).
23. Abdiel Rivera, M. Anas Mazady, John Zeller, et al., Proc. SPIE 8711, (2013).
24. Sheng-Kun Zhang, Wubao Wang, Robert R Alfano, et al., Proc. SPIE 8262, (2012).
25. Joshi Abhay and Datta Shubhashish, Proc. SPIE 8385, (2012).
26. K. O. Boltar, I. V. Chinareva, M. V. Sednev, et al., Uspekhi Prikladnoi Fiziki 1, 488 (2013).
27. T. V. Malin, A. M. Gilinsky, V. G. Mansurov, et al., in Proc. 9th All-Russian Conf. Nitrides — Structures and Devices. (SPb, Russia, 2013).
28. I. D. Burlakov, K. O. Boltar, N. I. Iakovleva, et al., Uspekhi Prikladnoi Fiziki 1, 344 (2013).
29. K. O. Boltar, I. D. Burlakov, A. M. Filachev, et al., Prikladnaya Fizika, No. 6, 54 (2013).
30. K. O. Boltar, I. D. Burlakov, M. V. Sidnev, et al., Uspekhi Prikladnoi Fiziki 1, 200 (2013).
31. R. Stratton, in Tunneling Phenomena in Solids, 1967 NATO Advanced Study Institute at RisЕ Denmark Eds E. Burstein and S. Lundqvist (Plenum Press, New York, 1969).
32. A. A. Zaitsev and S. S. Khromov, Prikladnaya Fizika, No. 1, 110 (2012).
33. H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki, et al., Appl. Phys. Lett. 48, 353 (1986).
34. J. N. Kuznia, Khan M. Asif, D. T. Olson, et al., J. Appl. Phys.. 73 (9), 4700 (1993).
35. K. Lorenz, M. Gonsalves, W. Kim, et al.,Appl. Phys. Let. 77, 3391 (2000).
36. T. G. I.-H. Lee and Y. Park, J. Cryst. Growth. 234, 305 (2002).
37. H. X. Jiang and J. Y. Lin, Opto-Electronics Review 10 (4), 271 (2002).
38. E. D. Bourret-Courchense, S. Kellermann, K. M., Yu, et al., Appl. Phys. Let. 77, 3562 (2000).
39. S. Sakai, T. Wang, Y. Morishima, et al., J. Cryst. Growth. 221, 334 (2000).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Янин Д. В., Галка А. Г., Смирнов А. И., Костров А. В., Стриковский А. В. Резонансная ближнепольная СВЧ-диагностика неоднородных сред 555
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Шахатов В. А., Лебедев Ю. А. Диагностика возбужденных частиц в водородной плазме (обзор). Часть I. Спектральный состав излучения, электронные состояния и излучательные характеристики частиц плазмы 571
Небогаткин С. В., Ребров И. Е., Хомич В. Ю., Ямщиков В. А. Мощный электрогидродинамический поток, создаваемый высокочастотным барьерным разрядом в газе 595
Асюнин В. И., Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Козловская Т. И., Пшеничный А. А., Якубов Р. Х. Воздействие неоднородного аксиально-симметричного магнитного поля на плазму дугового разряда в вакууме 605
Асюнин В. И., Давыдов С. Г., Долгов А. Н., Козловская Т. И., Ревазов В. О., Селезнев В. П., Якубов Р. Х. Процесс коммутации вакуумного разрядника с лазерным управлением 613
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Болтарь К. О., Бурлаков И. Д., Пономаренко В. П., Филачёв А. М., Сало В. В. Твердотельная фотоэлектроника ультрафиолетового диапазона (обзор) 623
Кузнецов П. А., Мощев И. С., Сало В. В., Кощанцев Н. Ф. Фотоприемные модули с режимом ВЗН для мониторинга земной поверхности в ИК-диапазоне 635
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Дражников Б. Н., Бычковский Я. С., Кондюшин И. С., Козлов К. В. Система управления и автономной регистрации данных в процессе испытаний фотоприемных устройств 639
ПЕРСОНАЛИИ
Памяти Ю. К. Пожелы 643
ИНФОРМАЦИЯ
XLII Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу (9–13 февраля 2015 г.) 644
Правила для авторов 647
Бланки для подписки 649
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
D. V. Yanin, A. G. Galka, A. I. Smirnov, A. V. Kostrov, and A. V. Strikovskii Resonant near-field microwave diagnostics of inhomogeneous mediums 555
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
V. А. Shakhatov and Yu. А. Lebedev Diagnostics of excited particle in hydrogen plasma (a review). Part I. Spectral composition, excited states and radiative characteristics of plasma particles 571
S. V. Nebogatkin, I. E. Rebrov, V. Yu. Khomich, and V. A. Yamshchikov Powerful electrohydrodynamic flow on the basis of the high-frequency barrier discharge in gas 595
V. I. Asiunin, S. G. Davydov, A. N. Dolgov, T. I. Kozlovskaya, A. A. Pshenichniy, and R. Kh. Yakubov Influence of an axially-symmetric non-uniform magnetic field on the arc plasma in vacuum 605
V. I. Asiunin, S. G. Davydov, A. N. Dolgov, T. I. Kozlovskaya, V. O. Revazov, V. P. Seleznev, and R. Kh. Yakubov Commutation process of the vacuum gap with laser control 613
PHOTOELECTRONICS
K. O. Boltar, I. D. Burlakov, V. P. Ponomarenko, A. M. Filachev, and V. V. Salo Solid-state photoelectronics of the ultraviolet range (a review) 623
P. A. Kuznetsov, I. S. Moshchev, V. V. Salo, and N. F. Koshantsev Photodetecting TDI modules for Earth surface monitoring in IR range 635
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
B. N. Drazhnikov, Y. S. Bychkovskiy, I. S. Kondyushin, and K. V. Kozlov Control system and autonomous data logging during testing 639
PERSONALIYA
Memory of Academician Yu. K. Pojela 643
INFORMATION
XLII International (Zvenigorodskaya) Con-ference on Plasma Physics and Thernonu-clear Fusion (February 9–13, 2015) 644
Rules for authors 647
Subscription to the Journal 649
Другие статьи выпуска
Разработана универсальная система контроля параметров электронных блоков фотоприемных устройств в процессе их испытаний. С ее помощью возможно проведения продолжительных испытаний с автоматической регистрацией и сохранением результатов измерения параметров через настраиваемые промежутки времени. Универсальность достигается наличием АЦП и ЦАП, а так же встроенными коммутаторами сигналов. Рассмотрены примеры объектов исследования. Описана конструкция системы контроля параметров и методы обеспечения требуемых характеристик.
Развитие оптико-электронных систем для мониторинга земной поверхности в ИК-диапазоне потребовало применения новых способов построения фотоприемных устройств: внедрение больших интегральных схем (БИС) обработки и считывания фотосигналов; изготовление фоточувствительных структур на основе материала КРТ, имеющих высокую обнаружительную способность (10111012 Вт·см·Гц1/2) в спектральном диапазоне 2—12 мкм и работающих при температурах от 60 до 170 К; снижение шага следования каналов и увеличение формата ФПУ; применение режима временной задержки и накопления (ВЗН) непосредственно на кристалле БИС считывания. В данной работе представлены два типа фотоприемных модуля: многоспектральный (3—12 мкм) на шесть поддиапазонов формата 576×4; односпектральный (2—3 мкм) формата 1024×10.
Проведено исследование зависимости временных параметров процесса коммутации вакуумного разрядника, управляемого импульсом лазерного излучения наносекундной длительности, от энергии излучения, падающего на катод. На основе полученных экспериментальных данных выдвинуто предположение о том, что под действием импульса лазерного излучения в продуктах эрозии электродов зажигается первоначально тлеющий разряд, который в результате развития ионизационно-перегревной неустойчивости испытывает контрактацию токового канала и переходит в дуговой. При величине энергии излучения, превышающей пороговое значение падающее на катод, излучение непосредственно ускоряет процесс развития неустойчивости и переход тлеющего разряда в дуговой за счет поглощения излучения в плазме разряда.
Присутствие внешнего магнитного поля не избавило от эффекта привязки вакуумной дуги в коаксиальном разрядном устройстве, но, тем не менее, повысило стабильность напряжения инициирующего пробоя по поверхности диэлектрика. Предполагается, что неоднородное магнитное поле вызывает дрейфовое движение плазмы, тангенциальный поток которой в результате обдувает поверхность диэлектрика и стабилизирует его изоляционные свойства. Проделанные оценки показали, что подобный механизм может реализовываться.
Теоретически и экспериментально исследован электрогидродинамический поток в газе, индуцируемый высокочастотным барьерным разрядом, распределенным по поверхности диэлектрика. Приводятся зависимости ионного тока, скорости газового потока и их пространственные распределения от параметров питания плазменного эмиттера ионов и внешнего электрического поля, определяемого потенциалом на сеточном коллекторе.
Выполнена первая часть обзора спектральных исследований возбужденных частиц в водородной плазме. Рассмотрены электронные конфигурации молекулы и атомов водорода, атомарные и молекулярные спектры излучения и поглощения. Обсуждаются механизмы фотораспада молекулы водорода и трехчастичной рекомбинации атомов водорода. Приведены излучательные характеристики молекулы водорода. На основе обзора сформирована база данных для обработки спектров водородной низкотемпературной плазмы.
Статья посвящена развитию и экспериментальной реализации метода резонансного ближнепольного подповерхностного СВЧ-зондирования неоднородных сред. В основе этой диагностики лежит зависимость импеданса электрически малой антенны от электродинамических параметров окружающей среды. Если антенна включена в качестве нагрузки в резонансную систему, то по смещению резонансной частоты и изменению добротности можно судить об интегральных значениях диэлектрической проницаемости и проводимости среды в ближнем поле антенного устройства. Для подповерхностной диагностики (томографии) неоднородностей требуется изменять эффективную глубину зондирования или, другими словами, характерный масштаб локализации квазистатического электрического поля в среде. В отличие от волновых методов, ближнепольная СВЧ-диагностика позволяет реализовать субволновое разрешение. В статье обсуждаются конкретные примеры реализации устройств, предназначенных для бесконтактной диагностики плазмы в разрядах атмосферного давления, контрастных диэлектрических объектов и патологических изменений в биологических тканях.
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