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.
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.
Проведены исследования темновых токов и шумов фоточувствительных элементов (ФЧЭ) многорядных фотоприемных модулей (ФПМ) на основе гетероэпитаксиальных (ГЭС) структур HgCdTe с шагом 28 мкм средневолнового и длинноволнового ИК-диапазонов спектра при обратном напряжении смещения V = -0,1 В. Показано, что значение обнаружительной способности D* 1012 см Вт-1 Гц1/2 для ФПМ средневолнового диапазона достигается при темновых токах менее 10-11 А. Измерены зависимости фотосигнала и шума от времени накопления для ФПМ длинноволнового ИК-диапазонов спектра. Показано, что фотосигнал растет линейно в зависимости от времени накопления в диапазоне Тнак = 25–200 мкс, а шум возрастает приблизительно в 2 раз.
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.