Рассмотрена концепция построения фоточувствительной униполярной nBn-структуры для фотоприемного устройства (ФПУ) средневолнового ИК-диапазона спектра на основе CdHgTe. Представлена архитектура и рассчитаны ее характеристические параметры: смещение энергии валентной зоны, напряжение плоских зон, поверхностный потенциал s на границе коллектор/барьер; плотность темнового тока, которая при рабочих температурах Т = 110–160 К составила Jdark = 10-10–10-6 А/см2. Показано, что nBn-архитектура на основе CdHgTe может использоваться для построения ФПУ нового типа с повышенными характеристиками.
Представлены результаты разработки матричного фотоприёмного устройства (ФПУ) с фотоприёмником на основе nBn фотодиодов, обладающих чувствительностью в спектральном диапазоне 3–5 мкм. Структуры для изготовления nBn фотодиодов с активным слоем InAs1-хSbх и барьерным слоем AlAs1-ySby выращивались методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках GaSb. Матричный фотоприёмник имел формат 640512 элементов с шагом 20 мкм. Показано, что разработанное ФПУ может обеспечивать достижение требуемых пороговых характеристик чувствительности при повышенных рабочих температурах. Достигнутое значение эквивалентной шуму разности температур составило около 0,02 К при температуре фотоприёмника не ниже 130 К.
Разработан метод определения характеристик слабо нагретых объектов в плотных отражающих средах, который позволяет корректно проводить расчеты коэффициентов излучения, отражения и температур, обеспечивая поиск объектов в сложных условиях. Для расчета предложена оригинальная система уравнений, учитывающая особенности объектов и задающая распределение излучения в области наблюдения тепловизионной системы в спектральных диапазонах 3–5 и 8–12 мкм.
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.
Исследовано распределение чувствительности по площади пикселя матричного фотоприемника на основе антимонида индия с помощью неразрушающего метода сканирующей маски на основе открытой зондовой установки ускоренного тестирования.
Проанализированы темновые токи в усовершенствованной архитектуре матрицы фотодиодов на основе тройного соединения CdHgTe, предназначенной для регистрации слабого инфракрасного излучения. Формирование областей противоположной проводимости в широкозонном слое уменьшает вклад токов генерации-рекомбинации ШРХ, что увеличивает влияние Оже-механизмов, определяющих ток диффузии. Используя области различного состава с переходными подслоями с уменьшенной на границах раздела скоростью поверхностной рекомбинации, можно снизить вклад поверхностных механизмов в суммарный темновой ток фотодиода. За счет правильного выбора состава области поглощения и верхнего широкозонного слоя в усовершенствованной архитектуре ФЧЭ можно добиться уменьшения темнового тока, что позволяет повысить фотоэлектрические параметры.
Проведен расчет температурной зависимости темнового тока фотодиодов на основе тройного раствора InAs1-хSbх, детектирующих излучение в средневолновой инфракрасной (ИК) области спектра. По рассчитанным значениям темнового и фототока проведена оценка отношения сигнал/шум. Прогнозируемое отношение сигнал/шум составило ~103 при Т = 150 К, что подтверждает возможность достижения высоких фотоэлектрических параметров фотодиодов на основе тройных растворов InAs1-xSbx и пригодность их использования в высокотемпературных применениях.
Проведено исследование спектральных характеристик фотоприёмных устройств на основе многослойных гетероэпитаксиальных QWIP-структур AlGaAs/GaAs. Измерения проводились на Фурье-спектрометре Bruker Vertex-70 с аналоговым входом для подключения внешних фотоприемников. Максимум спектральной характеристики фоточувствительности для измеренных МФПУ находится в диапазоне длин волн = 8,2–8,6 мкм, что соответствует предварительным оценкам при моделировании гетероструктур
Проведены исследования оптических параметров униполярной nBn-гетероструктуры с поглощающим слоем n-CdHgTe, фоточувствительном в средневолновом ИК диапа-зоне спектра, измерены спектры отражения и пропускания. Определены толщины и состав слоев, входящих в nBn-гетероструктуру на основе CdHgTe методом подгонки параметров по теоретической модели расчета, связывающей электрические векторы падающего, отраженного и поглощенного излучения в рассматриваемой многослойной структуре. Спрогнозирована ожидаемая граничная длина волны ИК фотоприемника на основе этой nBn-гетероструктуры