Разработан метод определения характеристик многослойных полупроводниковых структур по спектрам ИК‐пропускания, и построена теоретическая математическая модель спектра пропускания, зависящая от коэффициента поглощения и ряда параметров эпитаксиальных слоев кадмий—ртуть—теллур (КРТ). Измерены и исследованы спектры ИК‐пропускания эпитаксиальных структур (ЭС) твердых растворов КРТ. ЭС КРТ р‐типа проводимости выращивались методами жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) на подложках CdZnTe и молекулярно‐лучевой эпитаксии (МЛЭ) на подложках GaAs.
Исследованы матричные ультрафиолетовые фотоприемные модули (УФМ) формата 320х256 элементов на основе гетероэпитаксиальных структур AlxGa1-xN (ГЭС AlGaN), чувствительные в видимо-слепом и солнечно-слепом диапазонах УФ диапазона. ГЭС AlGaN выращивались методами мосгидридной эпитаксии (МОС) и молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на сапфировых подложках. Качество p-i-n-фотодиодов оценивалось по измерению вольт-амперных характеристик
Проведен анализ существующих моделей показателя преломления КРТ. Разработана усовершенствованная модель показателя преломления, основанная на уравнениях Хёви-Ван-дамма и Крамерса-Кронига. Усовершенствована методика определения характеристик многослойных ГЭС КРТ по спектрам ИК-пропускания. Использование новой модели показателя преломления позволило уменьшить значения среднеквадратичных отклонений расчётных зависимостей от экспериментальных на 1–2% для сложных структур, выращенных методами МЛЭ и осаждением из МОС.
Исследованы температурные зависимости фотоэлектрических параметров матриц фотодиодов инфракрасного диапазона 1–3 мкм на основе эпитаксиальной структуры КРТ состава x = 0,414, выращенной методом осаждения из металлоорганических соединений и ртути (MOC-эпитаксия). Показано, что высокие характеристики чувствительности фотодиодов КРТ при температурах охлаждения Т = 160–170 К позволяют применять фотоприемники на основе эпитаксиальных слоев КРТ, выращенных МОС-эпитаксией, в перспективной оптико-электронной аппаратуре.
Разработан новый метод определения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов матричных ФПУ. Метод основан на экспериментально опробованной аналитической модели этих устройств, позволяющей рассчитывать все их параметры, в том числе сигнал и шум приборов. Метод опробован и позволяет получить полный массив величин этих важнейших характеристик в матрицах фоточувствительных элементов. Метод позволяет быстро определить значения средней квантовой эффективности и темнового тока каждого фоточувствительного элемента матрицы и экспрессно квалифицировать качество приборов.
Проведены расчеты спектра поглощения полупроводникового соединения CdHgTe по теоретической модели, основанной на явлении собственного поглощения и общей теории прямых межзонных оптических переходов, принимая во внимание модель Кейна и выведенные из нее выражения энергии запрещенной зоны, квазиимпульса, края валентной зоны легких и тяжелых дырок. Исследованы спектры поглощения экспериментальных структур КРТ с эпитаксиальным слоем заданной толщины. Проведено сравнение измеренных и рассчитанных спектров поглощения структур КРТ.
Исследована температурная зависимость диффузионной длины неосновных носителей заряда в активном фоточувствительном слое матричного фотоприёмного устройства на основе гетероэпитаксиальной структуры КРТ, выращенной методом молекулярнолучевой эпитаксии.
В ходе исследования были сняты спектральные характеристики всех элементов матричного фотоприёмного устройства (МФПУ). Были обнаружены различия в принимаемых спектрах соседних элементов. Найдены закономерности в изменении правой границы спектральной чувствительности. Исследование позволит увеличить точность у разрабатываемых и изготавливаемых МФПУ.
Проведены исследования и расчеты коэффициента поглощения для структур InGaAs, выращенных эпитаксией из металлоорганических соединений из газовой фазы (MOCVD), а также сравнение экспериментальных данных с теоретической моделью спектра поглощения, основанной на явлении собственного поглощения и общей теории прямых межзонных оптических переходов. Проведен графический расчет ширины запрещенной зоны по наклону экспериментальной характеристики поглощения.
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.
На основе метода матрицы переноса разработана численная модель по расчету спектров пропускания и отражения многослойных эпитаксиальных гетероструктур для спектрального диапазона, в котором отсутствует высокое поглощение в материале. Проведен численный анализ зависимостей целевой длины волны излучения, ширины стоп-зоны и величины коэффициента пропускания брэгговских зеркал от технологических параметров структуры и различных полупроводниковых материалов, используемых в оптоэлектронике. Корректность получаемых результатов была установлена из сравнения расчетных спектров пропускания с измеренными спектрами для зеркал, изготовленных на основе гетеропары Pb1-xEuxTe/EuTe с составами x < 0,1 для спектрального диапазона от 3,5 до 5 мкм. Из расчетов показано, что данные материалы обладают высоким оптическим контрастом в гетеропаре от 0,37 до 0,39, пропускание зеркал в стоп-зоне составляет менее 5 % для трех пар, для четырех пар – менее 1 %. Ширина стоп-зоны для нужного спектрального диапазона находится в пределах от 1100 см-1 до 1400 см-1.
- 1
- 2