Научный архив: статьи

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.

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.

В данной работе исследовано распределение элементов с повышенным шумом в линейке фотоприемника формата 6576 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.

Проведено исследование лавинного матричного фотомодуля формата 320×256 элементов на основе тройных соединений группы А3В5 с поглощающим слоем InGaAs на спектральный диапазон 0,9—1,7 мкм и барьерным слоем InAlAs. Матрица лавинных фотодиодов формата 320×256 элементов изготавливалась в nBp-наногетероструктуре по мезатехнологии. Измерены количество неработоспособных элементов, зависимость темнового тока от напряжения смещения и коэффициент лавинного усиления.

Проведено исследование показателя преломления бинарных соединений InP и четверных растворов InGaAsP. Проведен анализ критических точек в зоне Бриллюэна для полупроводниковых сплавов группы A3B5 со структурой цинковой обманки. Построена модель показателя преломления на широком диапазоне длин волн.

При гибридизации кристаллов БИС считывания и матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) методом перевернутого монтажа используются индиевые микроконтакты, создаваемые на обоих кристаллах. В статье рассмотрена модифицированная топология индиевых микроконтактов, позволяющая повысить надежность гибридизации кристаллов. Проведены первые стыковки индиевых микроконтактов предложенной топологии, представлены фотографии расстыкованных образцов.

Проанализированы особенности построения архитектур лавинных фотодиодов с разделенными областями поглощения (InGaAs) и умножения (InAlAs). Рассмотрены две архитектуры: p+–M–с–i–n+ и p+–i–с–M–n+-типа, реализованные в гетероструктурах (ГЭС) InGaAs/InAlAs/InP. Обязательными для каждой архитектуры являлись три основных слоя: поглощающий (i), зарядовый (c) и умножающий (М). На основе данных ГЭС InGaAs/InAlAs/InP, выращенных методом МОС-гидридной эпитаксии (МОСГЭ), формировались матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ). Исследования вольтамперных характеристик лавинных элементов в матрицах позволило рассчитать коэффициенты умножения фототока, которые в диапазоне обратных напряжений смещения U = 8—14 В изменялись от 1 до 18—25.

Исследованы методы оптимизации напряжения смещения фотодиодов многорядных и матричных фотоприемных устройств для получения максимального соотношения сигнал/шум или получения минимального количества неработоспособных фотодиодов. Методы основаны на анализе зависимости дифференциального сопротивления фотодиодов от напряжения смещения, построенной по измеренным вольт-амперным характеристикам фотодиодов. Представлено применение методов для оптимизации напряжения смещения фотодиодов в многорядном фотоприемнике формата 6576 на основе КРТ длинноволнового диапазона спектра. Оптимизацию напряжения смещения фотодиодов с использованием данных методов можно проводить в автономном режиме без участия человека.

Проведены исследования матричных фотоприемных устройств формата 320256 элементов на основе четырехслойных гетероструктур р+-B-n-N+-типа с широкозонным барьерным слоем. Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) с поглощающим узкозонным слоем InGaAs n-типа проводимости выращивались методами мосгидридной эпитаксии (МОСГЭ) на подложках InP. С помощью четырехкомпонентного тонкого слоя AlInGaAs n-типа с градиентным изменением ширины запрещенной зоны устранен разрыв между поглощающим (In0,53Ga0,47As) и барьерным (In0,52Al0,48As) слоями. Использование дельта-легированных слоев в составе гетероструктуры позволило уменьшить барьер в валентной зоне и устранить немонотонность энергетических уровней. Проведены экспериментальные исследования темнового тока, среднее значение которого по матрицам фотодиодов с шагом 30 мкм не превышало 10 фА.

Представленная математическая модель инфракрасного матричного фотоприемного устройства (ИК МФПУ) позволяет прогнозировать фотоэлектрические характеристики любого фоточувствительного элемента (ФЧЭ) матрицы, анализировать зависимости этих характеристик от конструктивных и эксплуатационных параметров и осуществлять их оптимизацию. Модель позволяет точно определять все характеристики ИК МФПУ с холодной диафрагмой произвольной формы, в том числе и многосвязной, с учетом всей совокупности паразитных излучений, падающих на матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ). Для модели разработан новый способ определения облученности МФПУ, использующий новый конструктивный параметр — коэффициент пропускания холодной диафрагмы. Коэффициент пропускания диафрагмы определяется интегралом по площади холодной диафрагмы, включающим координаты заданной точки в плоскости МФЧЭ, расстояние от этой плоскости до плоскости диафрагмы, форму и размеры диафрагмы. Доказано, что фоновая облученность прямо пропорциональна произведению коэффициента пропускания диафрагмы на облучённость от протяжённого источника излучения (абсолютно черное тело) с известной температурой, расположенного в полусфере вокруг заданной точки МФЧЭ. Проведена экспериментальная оценка корректности модели сравнением сигналов, шумов и фотоэлектрических характеристик ФЧЭ ИК МФПУ на основе фотодиодов с известными конструктивными и эксплуатационными параметрами. Их МФЧЭ чувствительны в диапазонах 0,9—1,7 мкм, 3—5 мкм и 8—10,6 мкм. Получены хорошие совпадения характеристик, подтверждающие корректность модели.

Представлены результаты исследований индиевых микроконтактов на кристаллах БИС считывания и матричных фоточувствительных элементов после их гибридизации и последующей расстыковки, зависимости усилия отрыва от площади микроконтактов, а также вероятность появления дефектов БИС считывания после гибридизации. Индиевые микроконтакты на кристаллах БИС считывания изготовлены по технологии ионного травления, на кристаллах МФЧЭ методом химического травления. Исследованы фотоприемники форматов 320256 с шагом 30 мкм и 640512 с шагом 15 мкм на основе антимонида индия.

Исследованы фотоэлектрические характеристики матричного фотоприемного устройства формата 320256 элементов с шагом 30 мкм с фоточувствительным элементом, изготовленным в эпитаксиальном слое антимонида индия на высоколегированной подложке. Среднее значение эквивалентной шуму разности температур при относительном отверстии диафрагмы 1:0,94 и времени накопления 1,46 мс составило 10,5 мК, количество дефектных элементов — 0,12 %, время корректируемости — более трех часов. Проведено сравнение данного МФПУ с аналогичными серийными МФПУ на основе объемного антимонида индия.