Исследовано влияние толщины фоточувствительного слоя в МФПУ на основе антимонида индия на одноточечную дефектность и чувствительность до и после утоньшения. На большом объеме матричных фотоприемников (МФП) установлено отсутствие увеличения одноточечной дефектности после утоньшения. Показана возможность изготовления МФП в области диапазона толщин 8÷12 мкм в случае улучшения контроля толщины без уменьшения процента выхода годных. В этом случае должна отсутствовать корреляция между чувствительностями до и после утоньшения, то есть исключено влияние величины объемной диффузионной длины неосновных носителей заряда на квантовый выход МФП после утоньшения, а также должны быть меньше величина разброса чувствительности после утоньшения и меньше взаимосвязь.
Исследовано влияние светового отжига на напряжение пробоя фотодиодов на пластинах InSb, объемную диффузионную длину неосновных носителей заряда и одноточечную дефектность матричных фотоприемников (МФП) на основе InSb, изготовленных из различных слитков. Обнаружено, что объемная диффузионная длина неосновных носителей заряда в среднем меньше для светового отжига по сравнению со стандартным отжигом в печи для всех исследованных слитков InSb. Установлено отсутствие ухудшения величины напряжения пробоя на пластинах InSb, прошедших световой отжиг, по сравнению с отжигом в печи. Тот факт, что разброс одноточечной дефектности МФП оказался больше разницы средних значений дефектности при различных методах отжига свидетельствует о том, что дефектность фотодиодов не связана с методом отжига.
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.
Исследованы температурные зависимости темновых токов и параметров пороговых фотодиодов на основе «низкоомных» и «высокоомных» кристаллов антимонида индия. Обнаружена смена механизма протекания темнового тока при температуре вблизи 90 К. Показаны и обсуждены преимущества пороговых фотодиодов на основе «низкоомных» кристаллов.
При помощи инфракрасного фурье-спектрометра измерялись спектры фотоотражения нелегированного InSb, выращенного методом молекулярно-пучковой эпитаксии на подложке n+-InSb. По периоду наблюдаемых при низких температурах осцилляций Франца–Келдыша определялась напряжённость приповерхностного электрического поля. Поскольку значение пиннинга уровня Ферми стабилизировалось обработкой образцов в водном растворе Na2S, величина поля зависела, в основном, от концентрации свободных носителей заряда. Обнаружено влияние температуры предварительного отжига подложки на концентрацию электронов в эпитаксиальном слое.
Исследована долговременная стабильность МФПУ на основе антимонида индия формата 640512 элементов с шагом 15 мкм с охладителем типа интегральный Стирлинг и блоком сопряжения. Получены зависимости показателя корректируемости от времени работы МФПУ после проведения двухточечной коррекции неоднородности. Рассмотрены МФПУ с двумя схемами ячейки БИС считывания, отличающиеся емкостями накопления и коэффициентами передачи в ячейке. Время долговременной стабильности МФПУ на основе InSb составляет несколько часов, что обеспечивают длительную работу устройства в тепловизионных системах без дополнительной калибровки.
Исследовано время автономной работы tав глубокоохлаждаемых дроссельной системой Джоуля–Томсона фоторезисторов и фотодиодов из антимонида индия и фоторезисторов из гетероэпитаксиальных структур CdхHg1-хTe (х ~ 0,3). Наибольшее время автономной работы (tав ≥ 28 с) получено для фоторезисторов из CdхHg1-хTe (х ~ 0,3). Показано, что время tав фоторезисторов и фотодиодов связано с температурой перехода полупроводниковых материалов из примесной области проводимости в собственную область. Обсуждаются возможности повышения времени tав фотоприемников за счет оптимизации требований к характеристикам InSb и CdхHg1-хTe.
Разработана модель расчета угла разориентации отражающих кристаллографических плоскостей и поверхности полупроводникового образца средствами рентгеновской дифрактометрии высокого разрешения. Модель позволяет минимизировать механические аппаратные погрешности, в том числе неточности позиционирования и перемещения, и определить оптимальные параметры расположения образца относительно падающего излучения для корректного проведения исследований совершенства кристаллической структуры. Описан принцип проведения эксперимента и математическая модель для обработки полученных результатов. Для определения наличия макродефектов в кристаллической структуре, в частности, блоков, проводилось построение карты распределения параметров кривых качания по всему образцу (картирование) с использованием разработанной модели. Это позволило определить границы блоков и их взаимную ориентацию в продольных относительно пластины направлениях. Модель опробовалась на пластине объемного монокристалла антимонида индия, выращенного методом Чохральского, при этом подготовленной методами химикодинамического и химико-механического полирования.
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 %.
Рассмотрен метод определения толщин тонких матриц на основе ИК-спектров отражения. Исследована статистика распределения толщины матриц ФЧЭ из антимонида индия формата 640 512 элементов с шагом 15 мкм, утоньшенных методом химико-динамической полировки. Показана динамика улучшения технологии утоньшения МФЧЭ.
Выполнены расчеты значений собственной концентрации свободных носителей заря-да, ni, в антимониде индия при Т = 295 К и Т = 77 К с учетом непараболичности зоны проводимости. Показано, что = (2,14 0,01)1016 см-3, а = (2,47 0,01)109 см-3. Проведено сравнение значений произведения npТ и квадрата собственной концентрации,, и показано, что они отличаются между собой. Высказано предположение, что эти различия обусловлены непараболичностью зоны проводимости. Анализируются литературные данные (результаты экспериментов по определению значений ni в широком интервале температур). Показано, что результаты расчетов удо-влетворительно согласуются с экспериментальными данными. Предполагается, что полученные результаты будут в дальнейшем использоваться для оптимизации технологических процессов выращивания и легирования монокристаллов антимонида индия.
С целью получения и сравнения основных фотоэлектрических характеристик МФПУ в пределах одной крупноформатной матрицы, разработаны топологии тестовых матричных структур на основе InSb с квадратной и круглой формами фоточувствительной области, шагом элементов 10, 12, 15 и 20 мкм, предназначенных для гибридизации с БИС считывания формата 12801024 и шагом 12 мкм. Представлена структура комплекта фотошаблонов с матричными тестовыми элементами для реализации клиновидного утоньшения с целью получения сверхтонких структур с контролируемой толщиной для повышения прочности и минимизации взаимосвязи. Проанализированы возможности реализации предложенных тестовых структур.
- 1
- 2