Научный архив: статьи

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.

Разработана модель диэлектрической проницаемости для полупроводников со структурой цинковой обманки. Проведен расчет и построены модели показателя преломления и коэффициента поглощения гетероэпитаксиальных слоев соединений группы AIIIBV в расширенном диапазоне энергии излучения, а именно, 0,4—6,0 эВ.

Для кристаллографического анализа гетероэпитаксиальных структур теллурида кадмия-ртути использованы высокоточные методы микроскопии высокого разрешения, рентгеновской дифрактометрии, энергодисперсионного и микрорентгеновского анализа. Определен количественный состав химических компонентов внутри области структурного V-дефекта. Определены значения углов Брэгговского отражения, которые составили 47,1—47,5 градуса, и полуширины кривой качания, которая по измеренным образцам составила 74˝.

Рассмотрены особенности построения гетероструктур на основе InGaAs, предназначенных для изготовления быстродействующих фотоприемных устройств коротковолнового диапазона спектра. Проведен анализ их структурного совершенства и морфологии поверхности. Анализ показал, что исследуемые структуры обладают наношероховатой поверхностью с малым количеством дефектов и структурных несовершенств. Плотность дефектов составила ~ 5 см-2, средневквадратичное значение шероховатости ~ 0,8 нм, выявлены структурные особенности роста эпитаксиальных слоев.

Исследована температурная зависимость диффузионной длины неосновных носителей заряда в активном фоточувствительном слое матричного фотоприёмного устройства на основе гетероэпитаксиальной структуры КРТ, выращенной методом молекулярнолучевой эпитаксии.

Исследованы матричные фотоприемные устройства (МФПУ) средневолнового ИК диапазона спектра (MWIR) на основе nBn-герероструктур с униполярными барьерами и с барьерами на основе сверхрешеток HgTe/CdHgTe. Измерены вольтамперные, спектральные характеристики и основные параметры фоточувствительных элементов (ФЧЭ) экспериментальных образцов МФПУ. Полученные результаты подтверждают возможность создания приборов на основе барьерных структур CdHgTe средневолнового ИК диапазона спектра.

Исследуются возможности метода спектроскопической эллипсометрии как бесконтактного метода изучения важнейших параметров полупроводниковых гетероструктур с наноразмерными слоями. Методом неразрушающей спектроскопической эллипсометрии определен состав, толщина, коэффициент преломления рабочих и вспомогательных слоев гетероэпитаксиальной структуры КРТ, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

Проведен анализ прямых энергетических переходов в зоне Бриллюэна соединений группы AIIIBV, четверных соединений InGaAsP. Построена модель диэлектрической проницаемости с учетом влияния Г-, L-, X-переходов на широком диапазоне длин волн.

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 пересчете спектральных характеристик чувствительности матричных фотоприемных устройств с низким значением отношения сигнал/шум перед исследователями возникает задача фильтрации шума с сохранением положения границ и максимума чувствительности. В исследовании проведено сравнение методик фильтрации спектральных характеристик чувствительности: метода скользящего среднего и его вариаций, интерполяция сплайнами, методика расчёта по кривым Безье, метод Савицкого-Голея. Установлены критерии выбора неразрушающей расчетной методики, не вносящей погрешность в значения границ диапазона и максимума чувствительности МФПУ. Выбран и обоснован оптимальный метод пересчёта спектральных характеристик чувствительности матричных фотоприемных устройств.

Проведена оценка влияния непрямых Г-L и Г-Х переходов в зоне Бриллюэна на оптические и электрофизические характеристики гетероэпитаксиальных слоев соединений А3В5 на примере тройных (InGaAs) и четверных (InGaAsP) соединений. Установлено, что с учетом непрямых переходов показатель преломления полупроводниковых соединений уменьшается на величину до 15 % в узком диапазоне длин волн 0,4—0,6 мкм.

Представлен первый отечественный матричный фотоприемный модуль (ФПМ) коротковолнового ИК-диапазона для активно-импульсных формирователей изображения. В состав ФПМ входит матрица p–i–n-фотодиодов на основе гетероструктуры InGaAs/InP формата 320×256 с шагом 30 мкм, большая интегральная схема (БИС) считывания фотосигналов, термоэлектрический охладитель и герметичный корпус с сапфировым окном. Основной особенностью ФПМ является возможность функционирования в четырех режимах: пассивный, активно-импульсный 3D, активно-импульсный 2D, асинхронный бинарный. Гибкое сочетание указанных режимов позволяет получить максимум информации о наблюдаемых объектах. Информация о дальности, формируемая в каждом пикселе ФПМ, в совокупности с яркостными сигналами, позволяет осуществить синтез 3D-изображений объектов. В работе приведены основные параметры ФПМ и примеры ИК-изображений, полученных в различных режимах функционирования. Приводятся дальнометрические расчеты в зависимости от мощности и угла расходимости лазерного излучения. Рассматриваются основные источники погрешности при вычислении разрешения по дальности.