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.
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.
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.
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 индиевых микроконтактов на кристаллах БИС считывания и матричных фоточувствительных элементов после их гибридизации и последующей расстыковки, зависимости усилия отрыва от площади микроконтактов, а также вероятность появления дефектов БИС считывания после гибридизации. Индиевые микроконтакты на кристаллах БИС считывания изготовлены по технологии ионного травления, на кристаллах МФЧЭ методом химического травления. Исследованы фотоприемники форматов 320256 с шагом 30 мкм и 640512 с шагом 15 мкм на основе антимонида индия.
Исследованы фотоэлектрические характеристики матричного фотоприемного устройства формата 320256 элементов с шагом 30 мкм с фоточувствительным элементом, изготовленным в эпитаксиальном слое антимонида индия на высоколегированной подложке. Среднее значение эквивалентной шуму разности температур при относительном отверстии диафрагмы 1:0,94 и времени накопления 1,46 мс составило 10,5 мК, количество дефектных элементов — 0,12 %, время корректируемости — более трех часов. Проведено сравнение данного МФПУ с аналогичными серийными МФПУ на основе объемного антимонида индия.
Проведено исследование влияния параметров мезаструктуры на дефектность матричных фотоприемных устройств на основе антимонида индия на область спектра 3÷5 мкм формата 320256 элементов с шагом 30 мкм. Получены зависимости одноточечной дефектности и «стойкости» (стабильности токов p–n-переходов в диапазоне рабочих обратных напряжений смещения) от скорости травления антимонида индия, глубины мезаструктур и расстояния между ними в МФЧЭ (матричных фоточувствительных элементах). Определены оптимальные величины указанных параметров мезаструктур. Определен оптимальный угол наклона стенок мезаструктуры – не более 38 градусов. Количество единичных дефектных фотодиодов составило 0,1–0,6 %.
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.