Успехи прикладной физики

Оптимизирована толщина матричных фотоприемных устройств средневолнового диапазона формата 640512 элементов с шагом 15 мкм на основе антимонида индия. Измерены интегральные распределения толщины и разброса толщины по площади матричного фоточувствительного элемента. Определена оптимальная толщина из сравнения зависимостей интегральных распределений толщины объемной структуры утоньшенного антимонида индия с оценкой видимости миры в МФПУ.

В работе представлены результаты расчетного конструирования антиотражающих покрытий на поверхности антимонида индия и их практической реализации с использованием пленкообразующих материалов ZnS, YF3, Si и SiO2, осажденных методами магнетронного распыления, электронно-лучевого и резистивного испарения, определены показатели преломления используемых пленок. Измерены спектральные характеристики отражения полученных однослойных, двухслойных, трехслойных и более антиотражающих покрытий в средневолновом ИК-диапазоне. Проанализированы возможности минимизации отражения от поверхности антимонида индия в средневолновом ИК-диапазоне спектра.

Работа посвящена модернизации топологии планарных фотодиодных кристаллов (ФДК) из антимонида индия с целью обеспечения их стойкости к коротковолновому (  1 мкм) облучению, а также экспериментальной оценке результатов модернизации. Показано, что стойкими к коротковолновому облучению при рабочих температурах (вблизи 77 К), являются такие ФДК, в контактные системы которых включены экраны, непрозрачные для коротковолнового излучения. Определены и экспериментально подтверждены требования к геометрическим параметрам, местоположению и электрическим связям экранов в контактной системе ФДК.

Исследованы МДП-структуры In/Al2O3/InSb и In/SiOx/АО/InSb методами низкочастотных и высокочастотных C-V характеристик. Диэлектрические слои на поверхности пластин антимонида индия диаметром 2 формировались методами атомно-слоевого осаждения и гибридным способом, включающим анодное окисление и термическое напыление. Были построены карты распределения фиксированного заряда и величины плотности состояний на границе раздела полупроводник-диэлектрик, оценена морфология поверхности. Распределение значений Dit по площади для МДП-структуры In/Al2O3/InSb не превышало 9 %. Средние значения фиксированного заряда, NF, для МДП-структур In/Al2O3/InSb и In/SiOx/АО/InSb составили 1,41011 см-2 и 2,91011 см 2, соответственно. Использование Al2O3, нанесённого методом атомно-слоевого осаждения, может быть использовано для пассивации фотодиодных матриц на основе антимонида индия.

Рассмотрены способы повышения механической прочности и воспроизводимости в конструкции двухспектральных утоньшенных матричных фотоприемников из InSb посредством напыления многослойных интерференционных покрытий на основе слоёв кремния и двуокиси кремния. Представлены результаты моделирования распределения механических напряжений и подавления погрешностей оптической толщины антиотражающих покрытий с различным количеством слоев. Получены экспериментальные образцы двухспектральных матричных фотоприемников, подтверждающие результаты моделирования.

Рассмотрены два возможных способа получения ФПУ на основе фотодиодных матриц из антимонида индия с улучшенной однородностью: использование структур, выращенных методом МЛЭ, и применение ионной обработки при изготовлении ФЧЭ из объемного материала. Представлены результаты исследований чувствительности в фотодиодных матрицах из InSb при воздействии оптического излучения ИК, видимого и УФ-диапазонов. Установлено, что метод ионной обработки стороны засветки МФЧЭ перед просветлением позволяет существенным образом подавить рекомбинацию фотоносителей на поверхности, а также улучшить адгезию наносимого антиотражающего покрытия (АОП). В результате ионной обработки уменьшается разброс чувствительности (токовой или вольтовой) по площади МФЧЭ в несколько раз.

Проведено исследование вольт-фарадных характеристик (ВФХ) структур металл–диэлектрик–полупроводник (МДП), изготовленных на пластинах монокристаллического антимонида индия, вырезанных по плоскостям (211) и (100) из слитка, выращенного в направлении [211], и по плоскости (100) из слитка, выращенного в направлении [100] . МДП-структуры были двух типов – с анодным окисным слоем и с защитной диэлектрической композицией – с дополнительным слоем SiOx. Измерения проводились при многократных прямых (начиная от нулевого смещения на полевом электроде) и обратных «проходах» со скоростью изменения напряжения смещения 500 мВ/с при температуре жидкого азота. Анализ результатов «проходов» позволил определить знак и значения эффективного поверхностного заряда в исходном состоянии и после каждого прямого «прохода», когда обнаруживаются дополнительные заряды двух видов: устойчивые и неустойчивые. Знак этих зарядов противоположен полярности напряжения на полевом электроде. Устойчивые заряды неизменны в течение всего времени охлаждения и «стекают» только при «отогреве» МДП-структуры. Неустойчивые «стекают» уже при закорачивании охлажденной МДП-структуры.

Показано, что значения всех видов поверхностного заряда в МДП-структурах с защитной диэлектрической композицией, а следовательно и концентрации ловушек, являются минимальными в случае пластин, вырезанных по плоскости (100) из слитков, выращенных в направлении [100].