Изучено влияние anti-debiasing подслоя на электрические характеристики и фотоответ дефектных и недефектных фотоэлементов в длинноволновых фотоприёмных устройствах (ФПУ) на основе материала кадмий-ртуть-теллур. Показано, что наиболее ярким следствием наличия в структуре фотоэлементов матрицы паразитного диода с p–n-переходом на границе фоточувствительной плёнки с anti-debiasing подслоем является возникновение отрицательного фотоответа дефектных фотоэлементов ФПУ.
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.
Проведен сравнительный анализ способов измерения параметров ФПУ на длину волны 10,6 мкм в режиме оптического гетеродинирования. Показано, что большими преимуществами обладает модуляционный метод, позволяющий измерять характеристики ФПУ в широком диапазоне частот при значительном упрощении техники измерений. Разработана установка для измерения быстродействующих ФПУ на основе КРТ на длину волны 10,6 мкм в гетеродинном режиме модуляционным методом.
В работе представлены экспериментальные результаты исследования и анализа структурных свойств подложек кадмий-цинк-теллур (КЦТ), предназначенных для эпитаксии кадмийртуть-теллур (КРТ), методами рентгеновской дифрактометрии, селективного травления, инфракрасной микроскопии. Показана взаимосвязь формы и полной ширины на полувысоте кривой качания со структурными дефектами, присутствующими в материале. Преципитаты и включения второй фазы, присутствующие в материале подложки в количестве 102— 104 см-2, не оказывают влияния на значения полной ширины на полувысоте кривой качания. Уширение кривой качания вызвано повышенной плотностью дислокаций (>8105), либо их ячеистым характером распределения. Построены карты распределения значений полной ширины на полувысоте кривой качания для определения структурного совершенства по всей площади образцов, позволяющие проводить оценку пригодности пластин для дальнейшего технологического процесса.
Исследованы методы измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) фотодиодов в многорядном фотоприемнике формата 6576 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 6576 на основе КРТ-фотодиодов с подложкой p-типа проводимости с граничной длиной волны λ0,5 = 10,5 мкм.
Проведено исследование пространственной неоднородности спектральных характеристик фоточувствительности матриц фоточувствительных элементов на основе твёрдых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ) различных форматов. Описана методика исследования спектральных характеристик чувствительности. Приведено распределение длинноволновой границы чувствительности для линейки формата 6576 фоточувствительных элементов (ФЧЭ). Проведен расчёт среднего состава и погрешности измерения состава КРТ для всех элементов линейки. Проведено сравнение вычисления погрешности длинноволновой границы чувствительности выбранного ФЧЭ с значениями границы в локальной области матрицы ФЧЭ. Показана эффективность экспресс-методики контроля качества матриц в части равномерности распределения состава КРТ по площади матрицы.
Рассмотрены основные фундаментальные и нефундаментальные механизмы ограничения температурного разрешения тепловизионных систем (ТПС) на основе фотоприемных устройств (ФПУ) из CdHgTe (в русскоязычном варианте – КРТ). Проведены расчеты температурного разрешения ТПС при диффузионном ограничении параметров ФПУ из КРТ. Показано, что для структуры КРТ P+/n-типа проводимости при температуре Т = 77 К значение эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) составляет ~ 18 мК, в то время как для вакансионно-легированного материала N+/р-типа оно составляет ~ 30 мК. Проанализированы способы увеличения температурного разрешения в ТПС на основе ФПУ из КРТ.
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).
Разработана модель расчета характеристик многослойных гетероэпитаксиальных структур на основе тройных твёрдых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ) из спектров отражения. Реализованная модель основана на анализе прохождения излучения через многослойную структуру с учетом как переходов между слоями, так и поглощением излучения каждым эпитаксиальным слоем. Проведен расчет характеристик эпитаксиальных слоев, входящих в состав многослойных структур КРТ, выращенных методами молекулярно-лучевой эпитаксии, жидкофазной эпитаксии и осаждением металлоорганических соединений из газовой фазы. Результаты исследования показали эффективность разработанного метода благодаря расчету состава и толщин эпитаксиальных слоев КРТ с повышенной точностью.
Главным фактором, который влияет на выходные характеристики, является темновой ток фотодиодов, который должен быть минимальным, чтобы снизить шумы и обеспечить высокий уровень фотоэлектрических параметров. Для выявления доминирующих причин генерации-рекомбинации в фотодиодах на основе тройного соединения кадмий-ртуть-теллур (КРТ) в заданном диапазоне напряжений разработана модель расчета темновых токов, обусловленных фундаментальными и иными токовыми механизмами. Определены составляющие темнового тока фотодиодов, изготовленных в гетероструктурах КРТ, выращенных методами молекулярно-лучевой (МЛЭ) и жидкофазной (ЖФЭ) эпитаксии, в диапазоне обратных напряжений смещения от 0 до 40 мВ. В диапазоне от 0 до 20 мВ обратного напряжения смещения характеристики ограничены диффузионной составляющей. Возрастание токов генерациирекомбинации Шокли-Рида-Холла (ШРХ) и туннелирования через уровни ловушек в запрещенной зоне наблюдается при напряжении обратного смещения более 30 мВ.
Проведен анализ гистограммы темновых токов матриц длинноволновых фотодиодов, изготовленных из гетероэпитаксикальных структур (ГС) Cd0,22Hg0,78Te/CdTe/ZnTe/ GaAs(301). Максимум гистограммы соответствует диффузионным токам для номинальных фотоэлектрических параметров CdHgTe. Имеются единичные фотодиоды с темновыми токами, на порядки превышающими диффузионный ток. Вероятность их появления связывается с V-дефектами структуры ГС, плотность которых составляет величину порядка 103 см-2 и которые представляют собой области нарушеннной структуры CdHgTe с избытком теллура. Имеется достаточно большое количество диодов (десятки процентов) с повышенными темновыми токами. Исследование C-Vхарактеристик МДП на ГС показывает наличие положительного заряда, неоднородно распределенного по поверхности и достаточного для инверсии типа проводимости в отдельных областях. Образование шунтирующего слоя n-типа на поверхности должно приводить к увеличению темновых токов фотодиодов, попадающих в такие области.
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.