Работы автора

Рассмотрены физические и технические аспекты реализации альтернативного метода измерения абсолютной спектральной характеристики ИК МФПУ (спектр токовой чувствительности, вольтовой чувствительности и квантовой эффективности) без участия спектральных приборов. Метод основан на многократном измерении выходного сигнала всех ФЧЭ, генерированного модулированным излучением черного тела (МЧТ) при разных его температурах. Cигнал измеряется на фоне суммы постоянных сигналов, обусловленных излучением фона, входного оптического окна, модулятора излучения МЧТ, темновым током ФЧЭ и постоянным сигналом БИС-мультиплексора. На измеренных сигналах ФЧЭ строится система интегральных уравнений Фредгольма первого рода. В ее левой части стоят измеренные сигналы МЧТ, а в правой части системы стоят аналитические выражения, описывающие данные сигналы. Решением системы являются абсолютные значения вышеуказанных спектральных компонент всех ФЧЭ МФПУ. Рассмотрена блок-схема установки измерения, проанализированы функциональные особенности ее работы и обоснованы требования к ее блокам. Показаны дополнительные преимущества нового метода по сравнению с существующими методами.

Рассмотрены основные свойства композиционных сверхрешеток II типа (T2SL). Приведено описание различных типов гетеропереходов, энергетических условий их реализации, а также представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований оптических и электрических свойств T2SL на основе InAs/GaSb, InAs/GaInSb и InAs/InAsSb. По результатам качественного анализа и оценки характеристик сверхрешеток II типа относительно классических полупроводниковых соединений, используемых в ИК-фотоэлектронике (HgCdTe, InSb и QWIP-структур), выявлены и описаны преимущества и недостатки T2SL. Проведено сравнение сверхрешеток
II типа на основе InAs/GaSb, InAs/GaInSb и InAs/InAsSb, по результатам которого показаны перспективы применения T2SL в технологии изготовления современных и перспективных фотоприемников и фотоприемных устройств ИК-диапазона.

Исследованы спектральные характеристики фотоприемных устройств (ФПУ), детектирующих излучение в средневолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, изготовленные на основе антимонида индия, предназначенные для обнаружения, распознавания и идентификации тепловых объектов. Проведен расчет квантовой эффективности в зависимости от конструктивных параметров фотодиодов с учетом прохождения излучения через антиотражающее покрытие, а также с учетом отражения от границы раздела «p+-слой/омический контакт» с последующим повторным поглощением в структуре фотодиода. Разработана аналитическая модель коэффициента поглощения антимонида индия с учетом эффекта Бур-штейна-Мосса и правила Урбаха. Определена оптимальная толщина базового слоя фотодиода при различных значениях времени жизни неосновных носителей заряда.

Проведен анализ существующих аналитических моделей расчета коэффициента поглощения. Выделены их преимущества и недостатки. Разработана новая аналитическая модель коэффициента поглощения антимонида индия, учитывающая эффект Бурштейна-Мосса, правило Урбаха и температурную зависимость межзонного поглощения. Проведен сравнительный анализ экспериментальных спектров пропускания и поглощения InSb с результатами расчета.

Рассмотрена классическая структура nBn-фотодиода, детектирующего излучение в средневолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, изготовленного на основе InAsSb. Проведен расчет поглощения в гетероструктуре в каждом слое с учетом особенностей поглощения в активном слое InAsSb, таких как, эффект Бурштейна-Мосса и правило Урбаха. Проведен расчет квантовой эффективности и спектральной характеристики чувствительности с учетом многократных отражений на интерфейсах гетероструктуры и особенностей поглощения на свободных носителях в подложке GaSb. Определена оптимальная толщина активного слоя nBn-фотодиода при раз-личных значениях времени жизни неосновных носителей заряда. Показано достижение высоких значений удельной обнаружительной способности ФПУ в BLIP-режиме.

Представлены исследования и анализ образцов с гетероэпитаксиальной структурой на основе твердого раствора InGaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложке GaAs. Определены состав и толщины слоев структуры метода-ми фотолюминесцентной спектроскопии при комнатной температуре и растровой электронной микроскопии соответственно. Измерены спектры пропускания на ИК Фурье-спектрометре. Разработана аналитическая модель спектральных характеристик исследуемых структур. Решением обратной задачи методом подгонки определены конструктивные параметры структуры и состав активного слоя InGaAs. Сравнительный анализ экспериментальных и теоретических данных показал небольшой разброс значений для толщины (менее 65 нм) и состава поглощающего слоя (менее 0,04). Показана корректность и быстродействие разработанного неразрушающего метода характеризации полупроводниковых структур.

Проведен расчет температурной зависимости темнового тока фотодиодов на основе тройного раствора InAs1-хSbх, детектирующих излучение в средневолновой инфракрасной (ИК) области спектра. По рассчитанным значениям темнового и фототока проведена оценка отношения сигнал/шум. Прогнозируемое отношение сигнал/шум составило ~103 при Т = 150 К, что подтверждает возможность достижения высоких фотоэлектрических параметров фотодиодов на основе тройных растворов InAs1-xSbx и пригодность их использования в высокотемпературных применениях.

Представлены исследования и анализ образцов с гетероэпитаксиальной структурой
на основе твердого раствора InGaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпи-
таксии на подложке GaAs. Определены состав и толщины слоев структуры метода-
ми фотолюминесцентной спектроскопии при комнатной температуре и растровой
электронной микроскопии соответственно. Измерены спектры пропускания на ИК
Фурье-спектрометре. Разработана аналитическая модель спектральных характери-
стик исследуемых структур. Решением обратной задачи методом подгонки определе-
ны конструктивные параметры структуры и состав активного слоя InGaAs. Срав-
нительный анализ экспериментальных и теоретических данных показал небольшой
разброс значений для толщины (менее 65 нм) и состава поглощающего слоя
(менее 0,04). Показана корректность и быстродействие разработанного неразрушаю-
щего метода характеризации полупроводниковых структур.

Исследуются параметры фотоприемных устройств на основе фоточувствительных барьерных структур и фотодиодов с поглощающими слоями из тройных растворов InAs1-xSbx и In1-xGaxSb средневолнового инфракрасного диапазона спектра. Проведены расчеты температурных зависимостей времени жизни и темнового тока в слоях InAs1-xSbx и In1-xGaxSb. Определено отношение сигнал/шум в рабочем температурном диапазоне. Моделирование параметров показало, что для ФПУ на основе InAs0,8Sb0,2 с граничной длиной волны l0,5 ~ 4,8 мкм обнаружительная способность при Т = 100 К составит D* » 1012 см×Вт-1×Гц1/2; для фотодиодов на основе In0,7Ga0,3Sb с граничной длиной волны l0,5 ~ 5,2 мкм обнаружительная способность при Т = 100 К составит D* » 1011 см×Вт-1×Гц1/2, что соответствует высокотемпературным применениям.