В данной работе проведен расчет шумовых и сигнальных характеристик фотоприемников инфракрасного диапазона на основе материала с квантовыми точками германия на кремнии. Оценивается темновой ток через такие структуры, обусловленный тепловой эмиссией носителей и туннелированием носителей в поле, а также обнаружительная способность фотодетектора в приближении работы в режиме ограничения генерационно-рекомбинационными шумами. Предлагаются ростовые условия в методе молекулярно-лучевой эпитаксии, благоприятные для создания массивов квантовых точек, которые в дальнейшем могут использоваться для создания инфракрасных фотодетекторов.
В работе проведено исследование специфики формирования и эволюции электрически активных радиационных дефектов при имплантации ионов бора в эпитаксиальные пленки Hg1-xCdxTe с различным составом в области внедрения имплантанта. Эпитаксиальные пленки, выращенные методом молекулярно-лучевой эпитаксии, облучались ионами бора с энергией 100 кэВ в диапазоне флюенса 1012—1015 см-2. Измерение электрофизических параметров образцов до и после облучения производилось методом ЭДС Холла в конфигурации Ван-дер-Пау. Распределение объемной концентрации электронов по глубине облученного материала определялось методом дифференциальных холловских измерений. Полученные экспериментальные данные однозначно показывают, что результаты ионной имплантации определяются зависимостью динамики накопления электрически активных радиационных дефектов и электрофизических свойств материала от состава КРТ.
Экспериментально исследованы параметры пассивирующих слоев Al2O3 и двухслойного диэлектрика CdTe/Al2O3 путем измерения адмиттанса МДП-структур на основе МЛЭ n-Hg1-xCdxTe (x = 0,29—0,39) с приповерхностными варизонными слоями с повышенным содержанием CdTe. Показано, что структура с двухслойным диэлектриком CdTe/Al2O3 имеет по сравнению со структурой с одним слоем Al2O3 существенно меньшие значения плотности медленных состояний на границе раздела (в 50—100 раз) и плотности быстрых поверхностных состояний (в 50—100 раз). Можно сделать вывод, что двухслойный диэлектрик CdTe/Al2O3 образует качественную границу раздела с n-Hg1-xCdxTe (x = 0,39).
В данной статье представлен анализ современных тенденций в развитии технологии барьерных фоточувствительных структур на основе CdxHg1-xTe (КРТ) для среднего и дальнего инфракрасного (ИК) диапазонов, работающих при температурах, близких к комнатным. Рассмотрены и проанализированы основные подходы к решению задачи повышения рабочей температуры фотодиодного приёмника.
Экспериментально исследовано влияние наличия приповерхностных варизонных слоев с повышенным содержанием CdTe на адмиттанс МДП-структур на основе МЛЭ n-Hg1-xCdxTe (x = 0,22—0,23) с Al2O3 в качестве диэлектрического покрытия. Показано, что для структур с варизонным слоем характерна бóльшая глубина и ширина провала емкости на низкочастотной вольт-фарадной характеристике, а также бóльшие значения дифференциального сопротивления области пространственного заряда, чем для структур без варизонного слоя. Установлено, что основные особенности гистерезиса емкостных зависимостей, характерные для варизонных структур с SiO2/Si3N4, наблюдаются и для МДП-структур с Al2O3. Причины увеличения гистерезиса ВФХ при создании варизонного слоя в структурах с SiO2/Si3N4 или с Al2O3 остаются дискуссионными, хотя можно предположить, что определенную роль в формировании гистерезиса играет кислород.
В данной работе рассматриваются вопросы оптимизации условий роста в методе молекулярно-лучевой эпитаксии для создания высокоэффективных инфракрасных фотоприемников с квантовыми точками. В качестве модельной материальной системы для теоретических исследований выбраны гетероструктуры с квантовыми точками германия и кремния на поверхности кремния. Для расчетов зависимостей параметров массива квантовых точек в условиях синтеза предложена кинетическая модель роста квантовых точек различной формы на основе общей теории нуклеации. Теория улучшается путем учета изменения свободной энергии зарождения островка за счет образования дополнительных ребер островков и за счет зависимости поверхностных энергий граней квантовых точек от толщины двумерного смачивающего слоя при росте по механизму Странского–Крастанова. Проведены расчеты шумовых и сигнальных характеристик инфракрасных фотоприемников на основе гетероструктур с квантовыми точками германия на кремнии. Оценены темновые токи в таких структурах, вызванные тепловой эмиссией и барьерным туннелированием носителей, а также обнаружительная способность фотоприемника в приближении ограничений генерационнорекомбинационными шумами. Приводятся результаты расчетов параметров гетероструктур с квантовыми точками и их зависимости от параметров роста, а также характеристики квантово-точечных фотоприемников. Проведено сравнение рассчитанных параметров ансамблей квантовых точек и характеристик квантово-точечных фотоприемников с экспериментальными данными.
В данной статье представлен анализ зонных диаграмм барьерных фоточувствительных структур на основе CdxHg1-xTe (КРТ) для средней и дальней области излучения инфракрасного диапазона, работающих при температурах, близких к комнатным. Целью работы было формирование методики расчёта профилей энергетических зон в подобных структурах, учитывающей особенности реальных структур, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Проведены расчёты зонных диаграмм реальной фоточувствительной структуры на основе КРТ, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии в ИФП СО РАН (Новосибирск).
Вольт-фарадные характеристики (ВФХ) МДП-систем на основе nBn-структуры из HgCdTe, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках из GaAs (013), впервые исследованы при разных частотах и температурах. При помощи емкостных измерений найдена концентрация электронов в приповерхностном слое пленки, которая хорошо соответствует концентрации легирующей примеси индия. Показано, что ВФХ МДП-систем имеют высокочастотный вид в широком диапазоне условий измерения, а произведение дифференциального сопротивления области пространственного заряда на площадь электрода в режиме сильной инверсии достигает значения 40 кОм×см2. Обнаружен эффект уменьшения емкости МДП-системы в режиме обогащения после освещения излучением с длиной волны 0,91 мкм, который можно объяснить изменением энергетической диаграммы резкого гетероперехода при изменении зарядового состояния дефектов под действием освещения.
В широком диапазоне условий измерения экспериментально исследован адмиттанс МДПструктур на основе МЛЭ p-Hg1-xCdxTe/Si(013) с приповерхностным варизонным слоем с повышенным содержанием CdTe и без такого слоя, причем при использовании в качестве диэлектрика Al2O3 и CdTe/Al2O3. Показано, что вольт-фарадные характеристики (ВФХ) МДПструктур на основе МЛЭ p-Hg0,70Cd0,30Te без варизонного слоя при 77 К имеют высокочастотный вид относительно времени перезарядки быстрых поверхностных состояний. Это позволяет определять концентрацию дырок по значению емкости в минимуме низкочастотной ВФХ при 77 К (в отличие от случая x = 0,21–0,23). Установлено, что для МДП-структуры на основе p-HgCdTe с варизонным слоем значения дифференциального сопротивления области пространственного заряда в режиме сильной инверсии в 10–100 раз больше, чем для МДПструктуры на основе p-HgCdTe без такого слоя.
Проведено численное моделирование низкочастотных и высокочастотных вольт-фарадных характеристик (ВФХ) МДП-структур на основе n-Hg0,70Cd0,30Te с приповерхностным варизонным слоем с повышенным содержанием CdTe и неоднородным по толщине распределением концентрации донорной примеси в приповерхностном слое полупроводника. Показано, что неоднородное распределение концентрации электронов существенно влияет на вид ВФХ МДП-структуры на основе n-HgCdTe с приповерхностным варизонным слоем, что может искажать результаты определения спектра поверхностных состояний. Значение емкости в минимуме низкочастотной ВФХ определяется концентрацией электронов на границе области пространственного заряда с квазинейтральным объемом. Установлено, что при определении концентрационных профилей по наклону C -2(V)-зависимости в режиме обеднения надо учитывать наличие приповерхностных варизонных слоев, которые влияют на граничные значения диапазона определения концентрации. Полученные результаты качественно согласуются с экспериментальными данными.
Проведены исследования адмиттанса МДП-структур на основе n(p)-Hg1–xCdxTe (x = 0,21–0,23), выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках Si и GaAs. Изучались возможности повышения значения произведения дифференциального сопротивления области пространственного заряда на площадь полевого электрода RОПЗA путем создания приповерхностных варизонных слоев с повышенным содержанием CdTe. Установлено, что создание варизонного слоя приводит к увеличению значения RопзA в 10–200 раз для МДП-структур на основе n-Hg0,78Cd0,22Te за счет подавления процессов туннельной генерации через глубокие уровни и уменьшение тока Шокли-Рида. МДП-структуры на основе n-Hg0,78Cd0,22Te без варизонного слоя, выращенные на GaAs-подложках, имеют значения RопзA, превышающие в 10 и более раз значения аналогичного параметра для структур, выращенных на Si-подложках.
Проведены исследования влияния оптического излучения на адмиттанс МДП-структур на основе n(p)-Hg1–xCdxTe (x = 0,21–0,23), выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии с приповерхностными варизонными слоями с повышенным содержанием CdTe и без таких слоев. Установлено, что освещение существенно изменяет вид полевых зависимостей емкости и приведенной проводимости в режиме инверсии для структуры с варизонным слоем. Изменение емкости МДП-структуры в режиме инверсии происходит по двум механизмам: уменьшение времени формирования инверсионного слоя, увеличение значения емкости в минимуме низкочастотной ВФХ. Приведенная проводимость МДП-структуры при освещении уменьшается на низких частотах, но возрастает на высоких частотах.
- 1
- 2