SCI Библиотека

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 640512 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 320256 элементов с шагом 30 мкм и 640512 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.

1. 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.

Тройные и четверные растворы материалов группы А3В5 арсенидов InGaAs и фосфидов InGaAsР используются в современных приборах коротковолнового ИК-диапазона спектра различного назначения. Проведены оценки и моделирование времени жизни в структурах А3В5 в соответствии с тремя основополагающими механизмами генерации-рекомбинации: излучательным, Оже и Шокли-Рида-Холла. По про-веденным оценкам время жизни в материале In0,53Ga0,47As n-типа проводимости в диапазоне концентраций 1013–1017 см-3 составляет от 10-5 до 4,510-4 с, что позволяет достигать высоких фотоэлектрических параметров.

Рассмотрены физические и технические аспекты реализации альтернативного метода измерения абсолютной спектральной характеристики ИК МФПУ (спектр токовой чувствительности, вольтовой чувствительности и квантовой эффективности) без участия спектральных приборов. Метод основан на многократном измерении выходного сигнала всех ФЧЭ, генерированного модулированным излучением черного тела (МЧТ) при разных его температурах. Cигнал измеряется на фоне суммы постоянных сигналов, обусловленных излучением фона, входного оптического окна, модулятора излучения МЧТ, темновым током ФЧЭ и постоянным сигналом БИС-мультиплексора. На измеренных сигналах ФЧЭ строится система интегральных уравнений Фредгольма первого рода. В ее левой части стоят измеренные сигналы МЧТ, а в правой части системы стоят аналитические выражения, описывающие данные сигналы. Решением системы являются абсолютные значения вышеуказанных спектральных компонент всех ФЧЭ МФПУ. Рассмотрена блок-схема установки измерения, проанализированы функциональные особенности ее работы и обоснованы требования к ее блокам. Показаны дополнительные преимущества нового метода по сравнению с существующими методами.

В работе на основе энергетических характеристик оптико-электронной системы (ОЭС) предложена модель расчета максимальной дальности обнаружения l(, T) объекта наблюдения с учетом характеристик ОЭС, таких как: освещенность Ei(, Т) в плоскости изображения, апертура, диаметр входного зрачка и параметров ФПУ, таких как отношение сигнал/шум, пороговая мощность, площадь фоточувствительного элемента (ФЧЭ), площадь матрицы. Проведена оценка дальности обнаружения объекта наблюдения в спектральном диапазоне 8–10 мкм, максимальное значение которой составило порядка 3,4 км.

В работе исследованы методы определения концентрации и подвижности носителей заряда в материалах группы нитридов р- и n-типа проводимости, предложены выражения для определения коэффициента Холла и подвижности носителей заряда в образцах нестандартной формы, а также поправочные коэффициенты, уменьшающие погрешность измерений. Определены концентрации и подвижности в образцах на основе группы нитридов р- и n-типа проводимости методом Холла и методом Ван-дер-Пау для образцов разной геометрии с контактами различной формы.