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.
Исследован механизма образования тока утечки в р+–n-переходах фотодиодов при наличии локальных дефектов. Рассмотрены закономерности образования локальных дефектов в диэлектрических слоях с целью определения условий, снижающих их плотность. На пластинах монокристаллического кремния (Cz-Si) n-типа диаметром 100 мм с удельным сопротивлением 4–5 Омсм и ориентацией (100) изготавливались элементы (ФЧЭ) с размером площадок 1,41,4 мм2. Технологический цикл изготовления включал операции окисления в парах H2O + HCl, фотолитографии, загонки (осаждения) бора из BN, диффузии бора и диффузии фосфора в различных режимах. В качестве источника диффузанта при диффузии фосфора использовались как жидкие источники POCL3 и PCL3, так и твердый источника – пластины метафосфата алюминия (МФА) (Al2O3, 3P2O5). Установлено, что вольт-амперная характеристика (ВАХ) кремниевых фотодиодов с аномальными «мягкими» характеристиками определяется туннельным механизмом протекания тока. Применение оптимальных режимов геттерирования приводит к резкому снижению количества фоточувствительных элементов с аномальными ВАХ.
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.
Исследованы характеристики матричных фотоприемных устройств на основе QWIP-структур формата 384288 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 вольт-амперных характеристик и спектральной характеристики чувствительности фотодиодов на основе выращенных методом MOCгидридной эпитаксии гетероэпитаксиальных структур с поглощающим слоем In0,67Ga0,33As, легированным Zn, на подложках InP. Фотодиоды изготовлены по меза-технологии. Правая граница спектральной характеристики чувствительности фотодиодов по уровню 0,5 составляет 2,06 мкм при комнатной температуре. Исследованы зависимости спектров фоточувствительности фотодиодов в диапазоне температур 230–300 К.
Исследовано матричное фотоприемное устройство (МФПУ) средневолнового ИК диапазона спектра с nBn-архитектурой CdHgTe с барьерным слоем на основе сверхрешетки. МФПУ состоит из матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) формата 6464 с шагом 40 мкм, гибридизированной с кремниевой БИС считывания. Фоточувствительная сборка из МФЧЭ и БИС считывания исследовалась в вакуумном технологическом криостате с заливкой жидким азотом. Исследованы спектральные
и фотоэлектрические характеристики МФПУ на основе nBn-гетероструктур из n-слоев CdHgTe со сверхрешетками при оптимальном напряжении смещения. Среднее значение обнаружительной способности составило D* 71010 смВт-1Гц1/2, среднее значение вольтовой чувствительности Su составило Su 6107 В/Вт.
Исследована фотоэлектрическая взаимосвязь матричных фотоприемных устройств средневолнового ИК-диапазона форматов 320256 элементов с шагом 30 мкм и 640512 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.
- 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.
Рассмотрены закономерности низкочастотного шума в крупноформатных матричных фотоприемных устройствах среднего инфракрасного диапазона на основе анти-монида индия и его влияние на качество тепловизионного изображения после проведения коррекции неоднородности. Установлено, что низкочастотный шум меньше при изготовлении фотоприемников из слитков антимонида индия с увеличенной концентрацией примеси.
Разработана математическая модель ширины запрещенной зоны тройных твердых
растворов кадмий-ртуть-теллур, выращиваемых методами молекулярно-лучевой и
жидкофазной эпитаксии, по результатам анализа статистической выборки резуль-
татов контроля спектральных характеристик чувствительности фотодиодов, из-
готавливаемых в ГНЦ РФ АО «НПО «Орион». Проведено исследование температур-
ной зависимости длинноволновой границы чувствительности фотоприемных
устройств на основе структур КРТ, изготовленных методами МЛЭ и ЖФЭ, с исполь-
зованием полученных формул эффективной ширины запрещенной зоны. Полученные
результаты направлены на совершенствование технологии изготовления фотодиодов
на основе КРТ.
Представлены результаты исследований процессов гибридизации кристаллов БИС считывания и МФЧЭ матричных фотоприемных устройств ИК-диапазона, которые проводились на установках с автоколлиматором и без автоколлиматора методом перевернутого кристалла и определена необходимость использования автоколлиматора для различных фотоприемников. На основе проведенных исследований оптимизированы процессы гибридизации. Установлено, что на установке с автоколлиматором надежнее и рациональнее гибридизировать крупноформатные МФЧЭ и БИС счи-тывания формата более 640512, а на установке без автоколлиматора – малогабаритные матричные фотоприемники и многорядные фотоприемные устройства.