Публикации автора

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.

Исследованы элементы планарной фоточувствительной матрицы на основе гетероэпитаксиальной структуры InGaAs/InP. Формат матрицы 320х256 пикселей с шагом 30 мкм. Представлено распределение темнового тока по элементам матрицы при двух значениях напряжения смещения. Исследованы вольт-амперные характеристики тестовых элементов различной площади. На основании этих исследований определены составляющие плотности темнового тока, зависящие от объёма и периметра элементов. Для объёмной составляющей плотности темнового тока получено значение 3·10-7 А/см2 при напряжении 5 В. Оценено эффективное время жизни носителей в области пространственного заряда p-n-перехода τэфф =95 мкс.

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.

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.

Исследовано влияние толщины фоточувствительного слоя в МФПУ на основе антимонида индия на одноточечную дефектность и чувствительность до и после утоньшения. На большом объеме матричных фотоприемников (МФП) установлено отсутствие увеличения одноточечной дефектности после утоньшения. Показана возможность изготовления МФП в области диапазона толщин 8÷12 мкм в случае улучшения контроля толщины без уменьшения процента выхода годных. В этом случае должна отсутствовать корреляция между чувствительностями до и после утоньшения, то есть исключено влияние величины объемной диффузионной длины неосновных носителей заряда на квантовый выход МФП после утоньшения, а также должны быть меньше величина разброса чувствительности после утоньшения и меньше взаимосвязь.

Исследовано влияние светового отжига на напряжение пробоя фотодиодов на пластинах InSb, объемную диффузионную длину неосновных носителей заряда и одноточечную дефектность матричных фотоприемников (МФП) на основе InSb, изготовленных из различных слитков. Обнаружено, что объемная диффузионная длина неосновных носителей заряда в среднем меньше для светового отжига по сравнению со стандартным отжигом в печи для всех исследованных слитков InSb. Установлено отсутствие ухудшения величины напряжения пробоя на пластинах InSb, прошедших световой отжиг, по сравнению с отжигом в печи. Тот факт, что разброс одноточечной дефектности МФП оказался больше разницы средних значений дефектности при различных методах отжига свидетельствует о том, что дефектность фотодиодов не связана с методом отжига.

Представлены результаты исследований профилей, формируемых ионно-лучевым травлением полупроводниковых структур через маску, изготовленную методами фотолитографии. Минимальные размеры областей, незащищенных маской на двух исследованных структурах были равны: 2 и 5 мкм соответственно. Показано, что скорость травления падает с уменьшением ширины свободного от маски промежутка. Эффект отражения ионного пучка от вертикальных стенок, формируемых при травлении, может быть использован для изготовления субмикронных разделяющих мезаобластей.

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.

Проведено исследование планарной матрицы p–i–n-фотодиодов формата 320256 на гетероэпитаксиальной структуре InGaAs/InP с размерами p–n-переходов 99 мкм при шаге матрицы 30 мкм. Уменьшение размеров p–n-переходов по сравнению с аналогичными матрицами, имеющими размер p–n-переходов 2525 мкм, при несущественном снижении токовой чувствительности элементов матрицы привело к снижению темновых токов элементов на полтора порядка величины и к увеличению обнаружительной способности фотоприёмного устройства с такой матрицей.

Проведено исследование лавинного матричного фотомодуля формата 320×256 элементов на основе тройных соединений группы А3В5 с поглощающим слоем InGaAs на спектральный диапазон 0,9—1,7 мкм и барьерным слоем InAlAs. Матрица лавинных фотодиодов формата 320×256 элементов изготавливалась в nBp-наногетероструктуре по мезатехнологии. Измерены количество неработоспособных элементов, зависимость темнового тока от напряжения смещения и коэффициент лавинного усиления.

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.