Научный архив: статьи

Продолжен предпринятый ранее в ряде работ анализ современного состояния рынка GaAs и приборов на его основе. Двойное полупроводниковое соединение арсенид галлия (GaAs) — традиционный материал СВЧ-электроники. До недавних пор одним из наиболее быстрорастущих сегментов рынка применений этого материала были высокочастотные интегральные схемы на GaAs для мобильной телефонии. Однако, парадигма развития рынка GaAs меняется. Новым двигателем развития мирового рынка арсенида галлия становится фотоника и терагерцовая техника. Это означает, что в технологиях выращивания монокристаллов GaAs произойдет смена акцентов в сторону кристаллов «оптоэлектронного качества», получаемых методом вертикальной направленной кристаллизации. В средне- и долгосрочной перспективе мировые рынки пластин и эпитаксиальных структур GaAs будут расти. В ближайшей перспективе необходимо учитывать последствия пандемии COVID. Пока рынок GaAs тесно связано с разработками на рынке смартфонов. Очень вероятно, что после длительного периода роста рынок GaAs будет второй год подряд сокращаться — производство GaAs в 2020 году может снизиться на 11—12 %. Если предположить, что пандемия будет как-то взята под контроль в 2021 году, общее производство смартфонов вероятно, вырастет начиная с 2021 г.
На данный момент российский рынок полупроводниковых соединений для развития фотоники и электронно-компонентной базы (GaAs и др.) имеет незначительный объем и в ближайшей перспективе не достигнет уровня, необходимого для появления конкурентоспособного отечественного производителя, даже при условии выполнения программ импортозамещения. В то же время, существует понимание, что для создания современной электронной компонентной базы в России необходимо развивать производства исходных материалов.

Развитие рынка инфракрасных (ИК) тепловизионных приборов с момента их возникновения было обусловлено прежде всего применением этих устройств в военной технике. Сегодня спрос на тепловизионные камеры наблюдения в военном секторе по-прежнему обеспечивает некоторый рост рынка. Но парадигма развития изменилась – основное увеличение объема выпускаемой продукции связано с гражданской термографией, охранным и пожарным наблюдением, персональными системами ночного видения (PVS) и локальными рынками безопасности (муниципальными, частными и пр.).
Растущий спрос на тепловизионные ИК-системы, продиктованный как военным, так и гражданским применением, в свою очередь, вызовет рост мирового рынка тепловых фотоприемных устройств в ближайшие годы.

В обзоре рассмотрены инфракрасные детекторы тепловизионной техники. Устройства востребованы в системах и комплексах гражданской и медицинской термографии, охранного и пожарного наблюдения, персональных системах
ночного видения и обеспечения безопасности. Представлено сравнение фотонных и тепловых детекторов разного типа от разных мировых производителей. Дан экспертный прогноз изменений динамики роста рынка и тенденций его пост-пандемического развития.

В работе предложен новый обобщенный подход обобщенного физико-математического и компьютерного моделирования динамических и энергетических характеристик микро- и наноэлектромеханических систем (МЭМС и НЭМС), как сложных динамических систем с бинарно-сопряженными подсистемами. На базе предложенных теоретических принципов и моделей рассматриваются возможности исследования электрофизических характеристик биологических наноструктур. Рассматриваются некоторые узловые вопросы перспективного развития МЭМС и НЭМС, если в структурах их функциональных элементов возбуждения имеются активные наноструктурированные материалы дуального назначения, в которых при отсутствии внешних электромагнитных полей наблюдаются и намагниченность, и электрическая поляризация, так называемые сегнетоэлектромагнетики.

Продолжено обсуждение проблем, связанных с развитием технологии детекторов излучения терагерцового диапазона. Продолжено рассмотрение основных физических явлений и недавний прогресс в различных методах детектирования терагерцевого излучения – прямого детектирования (в ч. 1) и гетеродинного детектирования (в ч. 2). Обсуждаются преимущества и недостатки сенсоров прямого детектирования и сенсоров с гетеродинным детектированием.

В работе проведены результаты теоретического анализа влияния состава растворителя, нестабильности температурного поля в образце и неоднородности распределения ZnTe в исходном (питающем) слитке на однородность состава растущего кристалла. Показано, что оптимизация состава растворителя позволяет минимизировать скачок концентрации ZnTe на границе затравка–кристалл. Вариации состава при изменении тепловых условий в процессе роста носят плавный характер, и они относительно небольшие. Различные гармоники неоднородности распределения состава в питающем слитке по-разному влияют на однородность растущего кристалла. Длинноволновые неоднородности в питающем слитке практически полностью переходят в растущий кристалл.

При длине волны, равной половине длины зоны растворителя и меньше, возмущения состава кристалла относительно небольшие. Очевидно, причиной локальных изменений состава, наблюдаемые в реальных кристаллах, являются, в основном, вариации состава питающего слитка.

В работе обсуждаются проблемы, связанные с развитием технологии детекторов излучения терагерцового диапазона. Рассмотрены основные физические явления и недавний прогресс в различных методах детектирования терагерцового излучения (прямого детектирования и гетеродинного детектирования). Обсуждаются преимущества и недостатки сенсоров прямого детектирования и сенсоров с гетеродинным детектированием. В части 1 рассмотрен ряд особенностей прямого детектирования и дано описание некоторых типов терагерцовых детекторов прямого обнаружения. В части 2 будет дано описание гетеродинного детектирования и продолжено описание некоторых типов современных фотонных терагерцовых приемников.

Приведены результаты исследования поверхности образца кадмий-цинк-теллур после обработки различными суспензиями детонационных алмазных порошков. Показано, что применение полировальных суспензий на основе поликристаллического алмаза детонационного синтеза отечественного производства в части получения качества полированной поверхности не уступает импортным аналогам.

Твердый раствор кадмий-ртуть-теллур является в мире одним из основных материалов ИК-фотоэлектроники. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии обладает рядом преимуществ перед другими методами получения соединения кадмий-ртуть-теллур. Вместе с тем он достаточно требователен к подготовке подложек, предназначенных для ростовых процессов. Настоящая работа посвящена первичной отработке процессов полирования в освоении производства подложек кадмий-ртуть-теллур ориентации (211). Достигнутая шероховатость составила  1 нм.

Продолжается обсуждение вопросов, связанных с развитием детекторов излучения терагерцового диапазона. Рассматриваются методы повышения коэффициента поглощения терагерцового излучения, применяемые при разработке и создании матричных неохлаждаемых микроболометрических приемников ТГц-излучения. Практически полное поглощение ТГц-излучения достигается при использовании:

1. антенн, нагруженных на резистивную нагрузку, 2) тонких металлических поглотителей, 3) метаматериалов или частотно-селективных поверхностей, 4) золотой черни и 5) углеродных материалов, в первую очередь, вертикально ориентированных углеродных нанотрубок. В случае антенн и тонких металлических поглотителей, при помощи толстого слоя диэлектрика дополнительно повышается эффективная толщина зазора между отражателем и мембраной болометра, и применяются дополнительные резонаторы, образованные зазором между болометром и входным окном. Для повышения ширины полосы чувствительности применяют болометры инвертированного типа с поглотителями на основе тонких металлических поглотителей.

Рассмотрено текущее состояние и перспективы развития мировых рынков полупроводникового поликристаллического кремния и монокристаллического солнечного и электронного кремния, получаемого методом Чохральского (Cz-Si). Отмечено, что после периода низких цен на ПКК, что препятствовало инвестициям в отрасль, наступает период выравнивания цен до уровня инвестиционной привлекательности. Приведены оценки баланса спроса и предложения до 2024 года и в долгосрочной перспективе. Проанализированы основные технологические схемы получения ПКК и Cz-Si в современных условиях. Отмечено, что некоторый профицит рынка ПКК сохранится в ближайшей и среднесрочной перспективе. Однако, провозглашенный всеми правительствами «зеленый поворот» в энергетике, развитие локальных рынков и восстановление цен до инвестиционно-привлекательного уровня, способствовало появлению новых проектов заводов по производству ПКК. Отечественная солнечная энергетика наконец приблизилась к порогу, который делает рентабельным реализацию всей технологической цепочки производства фотовольтаической продукции. Следующим этапом должно стать расширение локализованного производства Cz-Si в дополнение к существующему сегодня единственному производству в Подольске

Тройной раствор теллурида-кадмия-ртути (КРТ, HgCdTe) один из немногих полупроводниковых материалов, используемый для конструирования фотодиодов с высокими параметрами. Проведен оценочный расчет параметров перспективной P+-ν()-N+-фотодиодной структуры на основе КРТ, предназначенной для построения матриц фоточувствительных элементов с малым темновым током. Уменьшение темнового тока достигается за счет использования усовершенствованной трехслойной архитектуры, состоящей из высоколегированных контактных слоев КРТ, между которыми располагается слаболегированный поглощающий слой, в котором подавляются процессы тепловой генерации-рекомбинации. Таким образом, в заданном спектральном диапазоне темновые токи ФЧЭ на основе трехслойной архитектуры КРТ уменьшаются до предела, задаваемого фоновым излучением и механизмом излучатель-ной рекомбинации, а при условии полного обеднения области поглощения – до значения, определяемого механизмом генерации-рекомбинации Шокли-Рида-Холла.