Публикации автора

Проведены исследования по определению влияния различных технологий обработки поверхности КРТ на скорость поверхностной рекомбинации и, как следствие, на измеряемый параметр времени жизни неосновных носителей заряда. В качестве метода для определения параметра времени жизни был выбран неразрушающий метод бесконтактного измерения времени жизни по релаксационным кривым фотопроводимости, что позволило проводить исследования на реальных структурах, используемых в производстве матричных фотоприемных устройств.

При гибридизации кристаллов БИС считывания и матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) методом перевернутого монтажа используются индиевые микроконтакты, создаваемые на обоих кристаллах. В статье рассмотрена модифицированная топология индиевых микроконтактов, позволяющая повысить надежность гибридизации кристаллов. Проведены первые стыковки индиевых микроконтактов предложенной топологии, представлены фотографии расстыкованных образцов.

Проанализированы особенности построения архитектур лавинных фотодиодов с разделенными областями поглощения (InGaAs) и умножения (InAlAs). Рассмотрены две архитектуры: p+–M–с–i–n+ и p+–i–с–M–n+-типа, реализованные в гетероструктурах (ГЭС) InGaAs/InAlAs/InP. Обязательными для каждой архитектуры являлись три основных слоя: поглощающий (i), зарядовый (c) и умножающий (М). На основе данных ГЭС InGaAs/InAlAs/InP, выращенных методом МОС-гидридной эпитаксии (МОСГЭ), формировались матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ). Исследования вольтамперных характеристик лавинных элементов в матрицах позволило рассчитать коэффициенты умножения фототока, которые в диапазоне обратных напряжений смещения U = 8—14 В изменялись от 1 до 18—25.

Исследованы методы оптимизации напряжения смещения фотодиодов многорядных и матричных фотоприемных устройств для получения максимального соотношения сигнал/шум или получения минимального количества неработоспособных фотодиодов. Методы основаны на анализе зависимости дифференциального сопротивления фотодиодов от напряжения смещения, построенной по измеренным вольт-амперным характеристикам фотодиодов. Представлено применение методов для оптимизации напряжения смещения фотодиодов в многорядном фотоприемнике формата 6576 на основе КРТ длинноволнового диапазона спектра. Оптимизацию напряжения смещения фотодиодов с использованием данных методов можно проводить в автономном режиме без участия человека.

Проведены исследования матричных фотоприемных устройств формата 320256 элементов на основе четырехслойных гетероструктур р+-B-n-N+-типа с широкозонным барьерным слоем. Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) с поглощающим узкозонным слоем InGaAs n-типа проводимости выращивались методами мосгидридной эпитаксии (МОСГЭ) на подложках InP. С помощью четырехкомпонентного тонкого слоя AlInGaAs n-типа с градиентным изменением ширины запрещенной зоны устранен разрыв между поглощающим (In0,53Ga0,47As) и барьерным (In0,52Al0,48As) слоями. Использование дельта-легированных слоев в составе гетероструктуры позволило уменьшить барьер в валентной зоне и устранить немонотонность энергетических уровней. Проведены экспериментальные исследования темнового тока, среднее значение которого по матрицам фотодиодов с шагом 30 мкм не превышало 10 фА.

Представленная математическая модель инфракрасного матричного фотоприемного устройства (ИК МФПУ) позволяет прогнозировать фотоэлектрические характеристики любого фоточувствительного элемента (ФЧЭ) матрицы, анализировать зависимости этих характеристик от конструктивных и эксплуатационных параметров и осуществлять их оптимизацию. Модель позволяет точно определять все характеристики ИК МФПУ с холодной диафрагмой произвольной формы, в том числе и многосвязной, с учетом всей совокупности паразитных излучений, падающих на матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ). Для модели разработан новый способ определения облученности МФПУ, использующий новый конструктивный параметр — коэффициент пропускания холодной диафрагмы. Коэффициент пропускания диафрагмы определяется интегралом по площади холодной диафрагмы, включающим координаты заданной точки в плоскости МФЧЭ, расстояние от этой плоскости до плоскости диафрагмы, форму и размеры диафрагмы. Доказано, что фоновая облученность прямо пропорциональна произведению коэффициента пропускания диафрагмы на облучённость от протяжённого источника излучения (абсолютно черное тело) с известной температурой, расположенного в полусфере вокруг заданной точки МФЧЭ. Проведена экспериментальная оценка корректности модели сравнением сигналов, шумов и фотоэлектрических характеристик ФЧЭ ИК МФПУ на основе фотодиодов с известными конструктивными и эксплуатационными параметрами. Их МФЧЭ чувствительны в диапазонах 0,9—1,7 мкм, 3—5 мкм и 8—10,6 мкм. Получены хорошие совпадения характеристик, подтверждающие корректность модели.

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.

Исследованы методы измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) фотодиодов в многорядном фотоприемнике формата 6576 на основе КРТ длинноволнового диапазона спектра. ВАХ строится по результатам измерений выходных сигналов большой интегральной схемы (БИС) считывания, гибридизированной с линейкой ИК-фотодиодов. Проведено сравнение метода независимого измерения тока в каждой точке ВАХ и метода аддитивного измерения тока. Предложен метод определения оптимальных рабочих точек фотодиодов путем построения и анализа зависимости дифференциального сопротивления фотодиода от напряжения смещения. Рассмотрены распределения токов фотодиодов для образца МФПУ формата 6576 на основе КРТ-фотодиодов с подложкой p-типа проводимости с граничной длиной волны λ0,5 = 10,5 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.

Актуальной задачей фотоэлектроники является создание матричных фотоприемных устройств (МФПУ) ближнего инфракрасного диапазона спектра на эпитаксиальных слоях InхGa1-хAs/InP мегапиксельного формата. В статье представлены результаты исследований ВАХ элементов в матрицах ФЧЭ формата 320×256 с шагом 30 мкм на основе гетероэпитаксиальных структур с поглощающим слоем InGaAs на подложках InP коротковолнового ИК-диапазона. Матрицы ФЧЭ изготовлены по планарной, меза и мезапланарной технологиям на nB(Al0,48In0,52As)p-cтруктурах. Показано, что в матрицах, изготовленных по мезапланарной технологии на nB(Al0,48In0,52As)p-структурах, успешно сочетаются малые темновой ток и ампер-ваттная чувствительность к ИК-излучению диапазона 1–1,7 мкм при низких напряжениях смещения. Электрофизические параметры функциональных слоев исходных гетероэпитаксиальных nBp-структур эффективно влияют на темновые токи и амперваттную чувствительность элементов матриц. На основе проведенных исследований оптимизированы параметры функциональных слоев nB(Al0,48In0,52As)p-структур и изготовлены высокоэффективные матрицы фотодиодов форматов 320×256 с шагом 30 мкм и 640×512 с шагом 15 мкм с дефектностью, не превышающей 0,5 %.