Статьи

Изучены темновые токи в средневолновых nBn-структурах на основе HgCdTe, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках из GaAs (013). Пассивация поверхности боковых стенок мезаструктур проводилась путем формирования пленок Al2O3 методом плазменного атомно-слоевого осаждения. Показано, что при составе в барьерном слое, равном 0,84, в nBn-структурах доминирует объемная компонента темнового тока. Энергия активации тока близка к ширине запрещенной зоны поглощающего слоя. Сопоставление экспериментальных результатов с эмпирической моделью Rule07 показало, что в диапазоне температур 180–300 К в изготовленных структурах реализуется диффузионное ограничение темнового тока. Из проведенных исследований следует, что молекулярно-лучевая эпитаксия HgCdTe на альтернативных подложках является перспективным способом создания униполярных барьерных детекторов для спектрального диапазона 3–5 мкм.

На основе детекторов CdTe, CdZnTe был создан ряд перспективных приборов, которые нашли применение в металлургии, в решении задач таможенного контроля и задач контроля ядерных материалов, а также созданы матричные детекторы для изготовления медицинских приборов и приборов для исследования космического пространства. Созданные детекторы на основе поликристаллических полупроводниковых пленок CdTe и CdZnTe со столбчатой структурой на молибденовой подложке с толщиной d = 30150 мкм имели удельное сопротивление  > 105108 cм. Энергетическое разрешение CdTe и CdZnTe детекторов при комнатной температуре достигает величины 5 кэВ на линии 59,6 кэВ 241Am.

Трехмерное моделирование диффузии фотогенерированных носителей заряда методом Монте-Карло было использовано для вычисления пространственных профилей фото-ответа фотодиода фотоприёмной матрицы при сканировании этим диодом узкого линейного пятна засветки в пределе максимально большого и предельно малого фототока, отбираемого диодами матрицы из абсорбера. Моделирование проводилось для традиционной матрицы на основе материала кадмий-ртуть-теллур с архитектурой n-на-p и квадратными диодами. Установлены тонкие детали профилей, обусловленные наличием у матрицы структуры; показана зависимость выявленных особенностей от граничных условий диффузионной задачи на n-областях диодов. Дано объяснение формы профилей, естественным образом вытекающее из вычислительной процедуры задачи.

Рассматриваются вопросы моделирования процессов самоорганизации и само сборки в сложных наноэлектромеханических системах (НЭМС) с бинарно-сопряженными функциональными элементами подсистемам и исследуется возникновение в них эф-фекта самоорганизации. На базе предложенных принципов моделирования устанавливается возможность создания изделий НЭМС с совмещением действующих гармонично технических и природных функциональных элементов (например, сложных многоэлементных систем нелинейно связанных разноструктурных молекулярных моторов).

Продолжен предпринятый ранее в ряде работ анализ современного состояния рынка GaAs и приборов на его основе. Двойное полупроводниковое соединение арсенид галлия (GaAs) — традиционный материал СВЧ-электроники. До недавних пор одним из наиболее быстрорастущих сегментов рынка применений этого материала были высокочастотные интегральные схемы на GaAs для мобильной телефонии. Однако, парадигма развития рынка GaAs меняется. Новым двигателем развития мирового рынка арсенида галлия становится фотоника и терагерцовая техника. Это означает, что в технологиях выращивания монокристаллов GaAs произойдет смена акцентов в сторону кристаллов «оптоэлектронного качества», получаемых методом вертикальной направленной кристаллизации. В средне- и долгосрочной перспективе мировые рынки пластин и эпитаксиальных структур GaAs будут расти. В ближайшей перспективе необходимо учитывать последствия пандемии COVID. Пока рынок GaAs тесно связано с разработками на рынке смартфонов. Очень вероятно, что после длительного периода роста рынок GaAs будет второй год подряд сокращаться — производство GaAs в 2020 году может снизиться на 11—12 %. Если предположить, что пандемия будет как-то взята под контроль в 2021 году, общее производство смартфонов вероятно, вырастет начиная с 2021 г.
На данный момент российский рынок полупроводниковых соединений для развития фотоники и электронно-компонентной базы (GaAs и др.) имеет незначительный объем и в ближайшей перспективе не достигнет уровня, необходимого для появления конкурентоспособного отечественного производителя, даже при условии выполнения программ импортозамещения. В то же время, существует понимание, что для создания современной электронной компонентной базы в России необходимо развивать производства исходных материалов.

Развитие рынка инфракрасных (ИК) тепловизионных приборов с момента их возникновения было обусловлено прежде всего применением этих устройств в военной технике. Сегодня спрос на тепловизионные камеры наблюдения в военном секторе по-прежнему обеспечивает некоторый рост рынка. Но парадигма развития изменилась – основное увеличение объема выпускаемой продукции связано с гражданской термографией, охранным и пожарным наблюдением, персональными системами ночного видения (PVS) и локальными рынками безопасности (муниципальными, частными и пр.).
Растущий спрос на тепловизионные ИК-системы, продиктованный как военным, так и гражданским применением, в свою очередь, вызовет рост мирового рынка тепловых фотоприемных устройств в ближайшие годы.

В обзоре рассмотрены инфракрасные детекторы тепловизионной техники. Устройства востребованы в системах и комплексах гражданской и медицинской термографии, охранного и пожарного наблюдения, персональных системах
ночного видения и обеспечения безопасности. Представлено сравнение фотонных и тепловых детекторов разного типа от разных мировых производителей. Дан экспертный прогноз изменений динамики роста рынка и тенденций его пост-пандемического развития.

В работе предложен новый обобщенный подход обобщенного физико-математического и компьютерного моделирования динамических и энергетических характеристик микро- и наноэлектромеханических систем (МЭМС и НЭМС), как сложных динамических систем с бинарно-сопряженными подсистемами. На базе предложенных теоретических принципов и моделей рассматриваются возможности исследования электрофизических характеристик биологических наноструктур. Рассматриваются некоторые узловые вопросы перспективного развития МЭМС и НЭМС, если в структурах их функциональных элементов возбуждения имеются активные наноструктурированные материалы дуального назначения, в которых при отсутствии внешних электромагнитных полей наблюдаются и намагниченность, и электрическая поляризация, так называемые сегнетоэлектромагнетики.

Продолжено обсуждение проблем, связанных с развитием технологии детекторов излучения терагерцового диапазона. Продолжено рассмотрение основных физических явлений и недавний прогресс в различных методах детектирования терагерцевого излучения – прямого детектирования (в ч. 1) и гетеродинного детектирования (в ч. 2). Обсуждаются преимущества и недостатки сенсоров прямого детектирования и сенсоров с гетеродинным детектированием.

В работе проведены результаты теоретического анализа влияния состава растворителя, нестабильности температурного поля в образце и неоднородности распределения ZnTe в исходном (питающем) слитке на однородность состава растущего кристалла. Показано, что оптимизация состава растворителя позволяет минимизировать скачок концентрации ZnTe на границе затравка–кристалл. Вариации состава при изменении тепловых условий в процессе роста носят плавный характер, и они относительно небольшие. Различные гармоники неоднородности распределения состава в питающем слитке по-разному влияют на однородность растущего кристалла. Длинноволновые неоднородности в питающем слитке практически полностью переходят в растущий кристалл.

При длине волны, равной половине длины зоны растворителя и меньше, возмущения состава кристалла относительно небольшие. Очевидно, причиной локальных изменений состава, наблюдаемые в реальных кристаллах, являются, в основном, вариации состава питающего слитка.

В работе обсуждаются проблемы, связанные с развитием технологии детекторов излучения терагерцового диапазона. Рассмотрены основные физические явления и недавний прогресс в различных методах детектирования терагерцового излучения (прямого детектирования и гетеродинного детектирования). Обсуждаются преимущества и недостатки сенсоров прямого детектирования и сенсоров с гетеродинным детектированием. В части 1 рассмотрен ряд особенностей прямого детектирования и дано описание некоторых типов терагерцовых детекторов прямого обнаружения. В части 2 будет дано описание гетеродинного детектирования и продолжено описание некоторых типов современных фотонных терагерцовых приемников.

Приведены результаты исследования поверхности образца кадмий-цинк-теллур после обработки различными суспензиями детонационных алмазных порошков. Показано, что применение полировальных суспензий на основе поликристаллического алмаза детонационного синтеза отечественного производства в части получения качества полированной поверхности не уступает импортным аналогам.