Научный архив: статьи

Проведен анализ существующих моделей показателя преломления КРТ. Разработана усовершенствованная модель показателя преломления, основанная на уравнениях Хёви-Ван-дамма и Крамерса-Кронига. Усовершенствована методика определения характеристик многослойных ГЭС КРТ по спектрам ИК-пропускания. Использование новой модели показателя преломления позволило уменьшить значения среднеквадратичных отклонений расчётных зависимостей от экспериментальных на 1–2% для сложных структур, выращенных методами МЛЭ и осаждением из МОС.

Исследованы температурные зависимости фотоэлектрических параметров матриц фотодиодов инфракрасного диапазона 1–3 мкм на основе эпитаксиальной структуры КРТ состава x = 0,414, выращенной методом осаждения из металлоорганических соединений и ртути (MOC-эпитаксия). Показано, что высокие характеристики чувствительности фотодиодов КРТ при температурах охлаждения Т = 160–170 К позволяют применять фотоприемники на основе эпитаксиальных слоев КРТ, выращенных МОС-эпитаксией, в перспективной оптико-электронной аппаратуре.

Разработан новый метод определения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов матричных ФПУ. Метод основан на экспериментально опробованной аналитической модели этих устройств, позволяющей рассчитывать все их параметры, в том числе сигнал и шум приборов. Метод опробован и позволяет получить полный массив величин этих важнейших характеристик в матрицах фоточувствительных элементов. Метод позволяет быстро определить значения средней квантовой эффективности и темнового тока каждого фоточувствительного элемента матрицы и экспрессно квалифицировать качество приборов.

Проведены расчеты спектра поглощения полупроводникового соединения CdHgTe по теоретической модели, основанной на явлении собственного поглощения и общей теории прямых межзонных оптических переходов, принимая во внимание модель Кейна и выведенные из нее выражения энергии запрещенной зоны, квазиимпульса, края валентной зоны легких и тяжелых дырок. Исследованы спектры поглощения экспериментальных структур КРТ с эпитаксиальным слоем заданной толщины. Проведено сравнение измеренных и рассчитанных спектров поглощения структур КРТ.

Проведено исследование температурной зависимости ширины запрещенной зоны AlGaN. Разработаны и построены модели показателя преломления и коэффициента поглощения AlGaN. Разработана методика моделирования спектров УФ-пропускания по профилям состава многослойных гетероэпитаксиальных структур AlGaN.

Проведен анализ матричных фотоприемных устройств формата 320х256 элементов на основе гетероэпитаксиальных структур AlxGa1-xN (ГЭС InGaAs) с p─i─n-фотодиодами, работающих в режиме лавинного усиления. Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) с фоточувствительным слоем InGaAs i-типа проводимости выращивались методами мосгидридной эпитаксии (МОСГЭ) на подложках InP. Качество p─i─n-фотодиодов, работающих в режиме лавинного усиления, оценивалось по измерению вольт-амперных характеристик. Лавинное усиление начиналось при напряжениях минус 15 В, определен коэффициент лавинного усиления для архитектуры прибора с общей областью поглощения и усиления.

Разработана технология изготовления крупноформатного матричного фотоприемного устройства (МФПУ) на спектральный диапазон 3 ─ 5 мкм формата 640х512 с шагом элементов 15 мкм на основе фотодиодов из антимонида индия. МФПУ является развитием выпускаемого серийно МФПУ формата 320х256 элементов с шагом 30 мкм с охладителем типа интегральный Стирлинг и блоком предварительной электронной обработки сигналов. Дефектность лучших образцов МФПУ составляет ≈0,1 %. Среднее значение разности температур эквивалентной шуму (ЭШРТ) в оптимальном режиме составляет ≈21 мК.

Приведены результаты исследования планарных фотодиодов (ФД) матричных фоточувствительных элементов (МФЧЭ) на основе гетероэпитаксиальной структуры InGaAs/InP формата 320х256 элементов с шагом 30 мкм, гибридизированных с различными типами БИС считывания. Показано, что для уменьшения взаимосвязи МФЧЭ при комнатной температуре необходимо увеличивать обратное смещение на ФД до уровня не менее 2 В. Установлено, что значительного уменьшения темнового тока можно добиться при уменьшении температуры МФЧЭ до -20 °С с помощью двухкаскадного термоэлектрического охладителя. Лучшее среднее по МФЧЭ значение темнового тока планарных фотодиодов при комнатной температуре достигает минимального значения 0,22 пА при оптимальном смещении на ФД равном -2,4 В.

Проведен анализ гетероэпитаксиальных структур тройных соединений A3B5 для построения матричных фотоприемных устройств, работающих в режиме лавинного усиления. Установлены оптимальные условия работы лавинных фотодиодов для достижения максимальных значений обнаружительной способности и вольтовой чувствительности. Рассчитаны наиболее критичные параметры фотодиодов, работающих в режиме лавинного усиления. Определен шум-фактор лавинного фотодиода при различных значениях скоростей ионизации электронов и дырок.

Построена аналитическая модель коротковолновых инфракрасных матричных фотоприёмных устройств (МФПУ) для работы в диапазоне спектра 0,9—1,7 мкм. С учетом получения высоких выходных характеристик рассчитаны возможные диапазоны изменения темновых токов фоточувствительных элементов (ФЧЭ), допустимый диапазон шумов мультиплексора, сигналы и шумы ФЧЭ, все фотоэлектрические параметры МФПУ. Полученные теоретические значения и зависимости сравниваются с экспериментальными. Получено хорошее совпадение данных, указывающее, с одной стороны, на справедливость модели, а с другой стороны, на корректность проводимой разработки.

В работе различными аналитическими методами исследовались эпитаксиальные структуры InSb, выращенные методом молекулярно-лучевой эпитаксии на сильнолегированных подложках InSb (100). Подложки предварительно подвергались серной пассивации в Na2S. Исследования показали, что образцы имели гладкую поверхность с значениями среднеквадратичной шероховатости менее 1 нм при достаточно хорошем структурном совершенстве. Исследования на просвечивающем электронном микроскопе подтвердили предположение о гладкости интерфейса между подложкой и эпитаксиальным слоем. На полученных структурах изготовлены и исследованы фотодиодные матрицы формата 320256.

Технологией мезатравления изготовлены матрицы фоточувствительных элементов на основе p–i–n-фотодиодов в гетероэпитаксиальных структурах InGaAs/InP, в том числе с широкозонным барьерным слоем AlInAs. Показана важная роль токов туннелирования в структурах InGaAs и уменьшение на два порядка токов диффузии и генерациирекомбинации для МФЧЭ с барьерным слоем InAlAs. Проведено приближение измеренных и теоретических ВАХ методом подгонки параметров, определена скорость поверхностной рекомбинации на границе слоя поглощения.