Исследованы зависимости шума и сигнала ИК МФПУ на основе фотодиодов из антимонида индия от температуры фона и времени накопления сигнала. Проведено сравнение полученных экспериментальных данных с расчетом фотоэлектрических параметров ИК МФПУ. Теоретические зависимости рассчитаны с использованием следующих характеристик ИК МФПУ: размеров ФЧЭ и фоточувствительного поля, спектрального диапазона чувствительности, геометрических размеров холодной диафрагмы, темнового тока и квантовой эффективности ФЧЭ. Экспериментальные и расчетные зависимости показали соответствие друг другу при значениях квантового выхода η = 0,46, и суммарного шума мультиплексора и измерительной системы 0,26 мВ, что хорошо согласуется с технологическими, конструктивными и схемотехническими характеристиками МФПУ.
Методами оптической, растровой, атомно‐силовой и электронно‐ионной микроскопии высокого разрешения исследована морфология поверхности эпитаксиальных слоев теллурида кадмия ртути, выращенных молекулярно‐лучевой эпитаксией. Представлены возможные механизмы образования микропустот и V-дефектов. Проведен сравнительный анализ элементного состава и особенностей формообразования V-дефектов.
Исследованы фотоэлектрические характеристики многорядного фотоприемного устройства формата 6x576 элементов на основе гетероэпитаксиальных структур полупроводникового соединения кадмий—ртуть—теллур, выращенных методами молекулярнолучевой эпитаксии. Для кристалла матрицы формата 6x576 элементов разработана топология с уменьшенным до 14 мкм шагом, которая является наиболее приемлемой для замены изделий формата 4x288 элементов в аппаратуре применения без изменения оптической системы, сканера и блока электронной обработки. Предложенные технические решения позволяют повысить удельную обнаружительную способность до значений более 2·1011 Вm-1 см·Гц1/2, а также улучшить разрешающую способность и поле зрения тепловизионных средств.
Исследованы матрицы чувствительных элементов на основе p–i–n-фотодиодов из AlGaN формата 320×256 элементов с шагом 30 мкм и размером фоточувствительной площадки 20×20 мкм2 для подтверждения возможности создания матричных ультрафиолетовых фотоприемных устройств. Качество p–i–n-фотодиодов оценивалось по измерению вольтамперных характеристик. Темновые токи, измеренные между разделенными элементами в мезаструктуре, составили менее 10–13 A, а сопротивление более 1012 Ом·см
На основе точного решения уравнения Ланжевена рассчитаны корреляторы случайных полей (СП) концентрации и тока подвижных носителей заряда в гомогенном полупроводнике и в ИК фотодиоде с базой конечной длины. Показано, что в базе p–n-перехода рассматриваемые СП являются неоднородными даже при нулевом смещении, когда кон- центрация и ток подвижных носителей заряда не зависят от координаты. Установлено, что равновесные СП концентрации и тока подвижных носителей заряда в объеме гомогенного полупроводника являются однородными, а в приповерхностных областях — неоднородными даже при нулевой скорости поверхностной рекомбинации. Обоснована оптимальная структура ИК-фотодиода с коррелированной обработкой сигнала и шума.
Представлены результаты воздействия импульсного мягкого рентгеновского излучения лазерной плазмы на морфологию поверхности твердых растворов эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe. Увеличение дозы облучения приводит к росту перепада высот микровыступов и шероховатости.
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.
Разработана теория, позволяющая достаточно точно прогнозировать полный набор характеристик (сигналы, шумы фотоэлектрические параметры) по всем элементам разрабатываемого матричного фотоприемного устройства (МФПУ) на основе фотодиодной матрицы и осуществить оптимизацию параметров устройства. Теория основана на новом подходе к определению облученности МФПУ, обеспечивающем ее расчет для любой формы диафрагмы в светоизолирующем экране. Рассмотрена работа как «смотрящих», так и «сканирующих» МФПУ, работающих в режиме временной задержки и накопления (ВЗН). Теория проверена на МФПУ формата 320х256. Сравнивались расчетные данные по зависимостям сигналов и шумов фоточувствительных элементов (ФЧЭ) с экспериментально полученными значениями при разных временах накопления и температурах фонового облучения. Получено полное совпадение теоретических и экспериментальных данных, подтверждающее справедливость модели. Теория, несомненно, будет полезна для разработчиков и производителей МФПУ, а также и для их потребителей. Модель может быть легко распространена и на системы, использующие матричные МФПУ.
Исследованы матричные фотоприемные устройства (МФПУ) средневолнового ИК диапазона спектра (MWIR) на основе nBn-герероструктур с униполярными барьерами и с барьерами на основе сверхрешеток HgTe/CdHgTe. Измерены вольтамперные, спектральные характеристики и основные параметры фоточувствительных элементов (ФЧЭ) экспериментальных образцов МФПУ. Полученные результаты подтверждают возможность создания приборов на основе барьерных структур CdHgTe средневолнового ИК диапазона спектра.
Исследуются возможности метода спектроскопической эллипсометрии как бесконтактного метода изучения важнейших параметров полупроводниковых гетероструктур с наноразмерными слоями. Методом неразрушающей спектроскопической эллипсометрии определен состав, толщина, коэффициент преломления рабочих и вспомогательных слоев гетероэпитаксиальной структуры КРТ, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии.
Используя аналитическую модель лавинного гетерофотодиода (ЛГФД), изложены принципы выбора его оптимальной структуры. Модель базируется на аналитических выражениях для поля лавинного пробоя p─n-гетероструктуры и межзонного туннельного тока в ней, который определяет минимальный уровень шума в ЛГФД на основе прямозонных полупроводников. Для уменьшения туннельного тока в этом случае нужно использовать структуру с разделенными областями поглощения и умножения (РОПУ). Рассмотренный подход позволяет аналитически определить параметры структуры, при которых последнее реализуется. Кроме того, он дает возможность в аналитическом виде определить параметры и структуры типа low-high-low, которые одновременно обеспечивали бы как минимальный туннельный ток, так и минимальный лавинный шумфактор.
Проведен сравнительный анализ свойств корреляторов стационарных тепловых и фотоиндуцированных случайных полей (СП) концентраций и токов подвижных носителей заряда в ИКфотодиодах и гомогенных полупроводниках. Показано, что корреляторы тепловых и фотоиндуцированных СП концентраций подвижных носителей заряда определяются одинаковыми по смыслу выражениями при любой структуре p–n-перехода и произвольной полярности приложенного напряжения, в то время как корреляторы СП фотоиндуцированных и темновых токов определяются одинаковыми по смыслу выражениями только в случае обратносмещенного p–n-перехода с длинной базой.
- 1
- 2