Научный архив: статьи

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.

Проведено исследование основных причин возникновения фотодиодов с токами утечки в МФПУ на основе антимонида индия. На большом объеме МФЧЭ установлена связь одноточечной дефектности с напряжением пробоя, диффузионной длиной, концентрацией основных носителей и плотностью дислокаций. Представлены характерные распределения дефектности по пластинам антимонида индия. Показано влияние на дефектность качества обработки пластин после резки слитков и погрешностей технологии изготовления.

Многочисленные исследования показали, что параметры приборов на основе узкозонных полупроводников могут существенно зависеть от обработки и состояния поверхности. Были проведены исследования поверхности (100) InSb после химико-механической и химикодинамической полировки с использованием травителей на основе водных растворов перекиси водорода и винной кислоты. Состав контролировался методами ЭСХА и Оже-спектроскопии. Показано, что образующиеся на поверхности окислы индия и сурьмы зависят от обработки, а в некоторых случаях дополняются соединениями элементов основной матрицы с углеродом.

Исследованы характеристики матричных фотоприемных устройств на основе QWIP-структур формата 384288 элементов с шагом 25 мкм. Установлено различие спектральных и вольтамперных характеристик для пластин эпитаксиальных структур QWIP. Наблюдается неоднородность выходного сигнала по площади фоточувствительных элементов с градиентами в различных направлениях. Фотоэлектрические параметры МФПУ сильно зависят от температуры охлаждаемого узла и смещения на фоточувствительном элементе. Эквивалентная шуму разность температур МФПУ составила 30 мК на кадровой частоте 120 Гц при температуре охлаждаемого узла 65 К.

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.

Проведено исследование влияния параметров мезаструктуры на дефектность матричных фотоприемных устройств на основе антимонида индия на область спектра 3÷5 мкм формата 320256 элементов с шагом 30 мкм. Получены зависимости одноточечной дефектности и «стойкости» (стабильности токов p–n-переходов в диапазоне рабочих обратных напряжений смещения) от скорости травления антимонида индия, глубины мезаструктур и расстояния между ними в МФЧЭ (матричных фоточувствительных элементах). Определены оптимальные величины указанных параметров мезаструктур. Определен оптимальный угол наклона стенок мезаструктуры – не более 38 градусов. Количество единичных дефектных фотодиодов составило 0,1–0,6 %.

В обзоре представлен анализ микро- и нанотвердости кристаллов и эпитаксиальных структур на основе тройных растворов полупроводникового материала кадмий-ртуть-теллур (КРТ, HgCdTe) и их влияние на надежность фотоприемных устройств (ФПУ), проведена оценка коэффициента твердости КРТ от состава и температуры. Механические свойства кристаллов и эпитаксиальных структур КРТ рассматриваются при точечном воздействии методами сжатия, изгиба и пластической деформации. Представлены модельные зависимости энергии активации: от нагрузочного напряжения и от температуры для двух составов КРТ (Hg0,8 Cd0,2 Te и Hg0,34Cd 0,66 Te). Теоретические и экспериментальные исследования позволили установить следующие значения энергии активации пластической деформации для материала КРТ: 1,1 эВ для Hg 0,8 Cd0,2 Te и 1,6 эВ для Hg 0,34 Cd0,66 Te

Исследована фотоэлектрическая взаимосвязь матричных фотоприемных устройств средневолнового ИК-диапазона форматов 320256 элементов с шагом 30 мкм и 640512 элементов с шагом 15 мкм на основе антимонида индия. Определена зависимость величины взаимосвязи от толщины объемной структуры утоньшенного антимонида индия. Взаимосвязь элементов МФПУ на основе эпитаксиального антимонида индия существенно меньше, чем взаимосвязь на основе объемного антимонида индия.

1. Исследованы многослойные структуры на основе полупроводниковых материалов группы антимонидов с поглощающими слоями InSb, и AlxIn1-xSb, в том числе структуры с барьерным слоем InAlSb (InSb/InAlSb/InSb), предназначенные для изготовления перспективных фотоприемных устройств (ФПУ), детектирующих излучение в средневолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра. На основе выращенных методом МЛЭ p–i–n и барьерных структур изготовлены фоточувствительные элементы (ФЧЭ) различной топологии с поглощающими слоями InSb, и AlxIn1-xSb. Показано, что широкозонные тройные растворы AlxIn1-xSb детектирующие излучение в средневолновой области спектра, являются альтернативой узкозонному бинарному соединению InSb, поскольку, вследствие широкозонности, фотодиоды на основе AlxIn1-xSb имеют меньшие темновые токи, а, следовательно, шумы. Для фотоприемных устройств на основе структур различной топологии измерены средние значения обнаружительной способности и эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ), так для р–i–n-структур среднее по ФЧЭ значение обнаружительной способности превысило D*  1011 см Вт-1 Гц1/2, а для структур с барьерным слоем – D*  1012 см Вт-1 Гц1/2.

Оптимизирована толщина матричных фотоприемных устройств средневолнового диапазона формата 640512 элементов с шагом 15 мкм на основе антимонида индия. Измерены интегральные распределения толщины и разброса толщины по площади матричного фоточувствительного элемента. Определена оптимальная толщина из сравнения зависимостей интегральных распределений толщины объемной структуры утоньшенного антимонида индия с оценкой видимости миры в МФПУ.

Изложены аспекты выращивания эпитаксиальных слоев антимонида индия (InSb) на подложках InSb (InSb-on-InSb) методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и изготовления фотоприемных устройств (ФПУ) на основе полученных эпитаксиальных структур (ЭС). Применение эпитаксиального выращивания позволяет создавать сложные структуры на основе InSb и управлять интенсивностью генерации-рекомбинации носителей заряда в фоточувствительных элементах (ФЧЭ) при обычных и повышенных температурах. Исследования характеристик ФПУ формата 320256 элементов с шагом 30 мкм и ФПУ формата 640512 элементов с шагом 15 мкм на основе структур InSb-on-InSb средневолнового ИК диапазона спектра показали достижение высоких фотоэлектрических параметров, так среднее по ФЧЭ значение обнаружительной способности при Т = 77 К превысило 21011 смВт-1Гц1/2, а среднее значение эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) по элементам ФПУ с холодной диафрагмой 60о при Т = 77 К составило 10,5 мК. В ре-жиме реального масштаба времени получены тепловизионные изображения повышенного пространственного разрешения по сравнению с ФПУ на объемном InSb.