С.А. Блохин, А. В. Бабичев, Л.Я. Карачинский, И.И. Новиков, А.А. Блохин, М. А. Бобров, А.Г. Кузьменков, Н.А. Малеев, В.В. Андрюшкин, В Е Бугров, А.Г. Гладышев, Д. В. Денисов, К.О. Воропаев, И.О. Жумаева, Виктор Михайлович Устинов, H. Li, S.С. Tian, S.Y. Han, Г.А. Сапунов, А. Ю. Егоров, D. Bimberg
Быстродействующие вертикально-излучающие лазеры (ВИЛ) диапазона 1550 нм являются привлекательным вариантом источника когерентного излучения для реализации различных устройств радиофотоники. К сожалению, монолитные гетероструктуры ВИЛ с инжекцией носителей через легированные распределенные брэгговские отражатели (РБО) сформированные из AlGaAs/GaAs и активной областью на основе квантовых ям InGaAs, хорошо зарекомендовавшая себя при создании ВИЛ ближнего ИК-диапазона [1], оказываются непригодны для создания ВИЛ диапазона 1550 нм ввиду невозможности достижения эффективной электролюминесценции на данной длине волны. Применение выращенной в едином эпитаксиальном процессе монолитной гетероструктуры ВИЛ с РБО из InAlGaAsP/InP и квантовыми ямами из InAlGaAs с инжекцией носителей через внутрирезонаторные контактные слои позволяет реализовать ВИЛ диапазона 1550 нм, но не обеспечивает хорошей температурной стабильности характеристик, а эффективная частота модуляции таких приборов ограничена на уровне 4-5 ГГц, что обусловлено малым контрастом показателей преломления и низкой теплопроводностью слоев тройных и четверных твердых растворов в РБО, согласованных по параметру решетки с подложкой InP [2]. Решение данной проблемы возможно за счет применения гибридной конструкции ВИЛ с инжекцией носителей через внутрирезонаторные контактные слои в сочетании с зеркалами на основе диэлектрических материалов. Применения конструкции с двумя внутрирезонаторными контактными слоями и диэлектрическими РБО позволило повысить частоту эффективной модуляции ВИЛ до 21 ГГц и продемонстрировать безошибочную передачи данных на скорости 50 Гбит/с при температуре 20°С [3]. Однако такая технология изготовления ВИЛ весьма сложна и требует умения создания высококачественных диэлектрических зеркал. Альтернативным подходом является использование технологии спекания пластин гетероструктуры активной области на основе нескольких In(Al)GaAs квантовых ям, выращенной на подожке InP, и двух гетероструктур AlGaAs/GaAs РБО, выращенных на подожках GaAs [4]. Изготовленные по такой технологии ВИЛ спектрального диапазона 1.5 мкм демонстрируют частоту эффективной модуляции 7-9 ГГц и безошибочную передачу данных на скорости 10 Гбит/с при температуре 20°С [5]. Сравнительно недавно с использованием метода спекания пластин нами была продемонстрирована возможность создания эффективных ВИЛ спектрального диапазона 1550 нм на основе тонких сильнонапряженных InGaAs/InAlGaAs КЯ, пригодных для безошибочной передачи данных на скорости не менее 25 Гбит/с при температуре 20°С [6,7]. В настоящей докладе будут представлены результаты работ по разработке и созданию таких приборов, а также будут представлены результаты анализа влияния времени жизни фотонов оптическом микрорезонаторе на динамические характеристики одномодовых ВИЛ спектрального диапазона 1550 мкм.
{"title":"Быстродействующие вертикально-излучающие лазеры диапазона 1550 нм","authors":"С.А. Блохин, А. В. Бабичев, Л.Я. Карачинский, И.И. Новиков, А.А. Блохин, М. А. Бобров, А.Г. Кузьменков, Н.А. Малеев, В.В. Андрюшкин, В Е Бугров, А.Г. Гладышев, Д. В. Денисов, К.О. Воропаев, И.О. Жумаева, Виктор Михайлович Устинов, H. Li, S.С. Tian, S.Y. Han, Г.А. Сапунов, А. Ю. Егоров, D. Bimberg","doi":"10.34077/rcsp2019-72","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-72","url":null,"abstract":"Быстродействующие вертикально-излучающие лазеры (ВИЛ) диапазона 1550 нм являются привлекательным вариантом источника когерентного излучения для реализации различных устройств радиофотоники. К сожалению, монолитные гетероструктуры ВИЛ с инжекцией носителей через легированные распределенные брэгговские отражатели (РБО) сформированные из AlGaAs/GaAs и активной областью на основе квантовых ям InGaAs, хорошо зарекомендовавшая себя при создании ВИЛ ближнего ИК-диапазона [1], оказываются непригодны для создания ВИЛ диапазона 1550 нм ввиду невозможности достижения эффективной электролюминесценции на данной длине волны. Применение выращенной в едином эпитаксиальном процессе монолитной гетероструктуры ВИЛ с РБО из InAlGaAsP/InP и квантовыми ямами из InAlGaAs с инжекцией носителей через внутрирезонаторные контактные слои позволяет реализовать ВИЛ диапазона 1550 нм, но не обеспечивает хорошей температурной стабильности характеристик, а эффективная частота модуляции таких приборов ограничена на уровне 4-5 ГГц, что обусловлено малым контрастом показателей преломления и низкой теплопроводностью слоев тройных и четверных твердых растворов в РБО, согласованных по параметру решетки с подложкой InP [2]. Решение данной проблемы возможно за счет применения гибридной конструкции ВИЛ с инжекцией носителей через внутрирезонаторные контактные слои в сочетании с зеркалами на основе диэлектрических материалов. Применения конструкции с двумя внутрирезонаторными контактными слоями и диэлектрическими РБО позволило повысить частоту эффективной модуляции ВИЛ до 21 ГГц и продемонстрировать безошибочную передачи данных на скорости 50 Гбит/с при температуре 20°С [3]. Однако такая технология изготовления ВИЛ весьма сложна и требует умения создания высококачественных диэлектрических зеркал. Альтернативным подходом является использование технологии спекания пластин гетероструктуры активной области на основе нескольких In(Al)GaAs квантовых ям, выращенной на подожке InP, и двух гетероструктур AlGaAs/GaAs РБО, выращенных на подожках GaAs [4]. Изготовленные по такой технологии ВИЛ спектрального диапазона 1.5 мкм демонстрируют частоту эффективной модуляции 7-9 ГГц и безошибочную передачу данных на скорости 10 Гбит/с при температуре 20°С [5]. Сравнительно недавно с использованием метода спекания пластин нами была продемонстрирована возможность создания эффективных ВИЛ спектрального диапазона 1550 нм на основе тонких сильнонапряженных InGaAs/InAlGaAs КЯ, пригодных для безошибочной передачи данных на скорости не менее 25 Гбит/с при температуре 20°С [6,7]. В настоящей докладе будут представлены результаты работ по разработке и созданию таких приборов, а также будут представлены результаты анализа влияния времени жизни фотонов оптическом микрорезонаторе на динамические характеристики одномодовых ВИЛ спектрального диапазона 1550 мкм.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"5 22","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"113946430","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Созданы гибридные ИК фотодетекторы на основе гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge, сопряженные с субволновыми золотыми решетками. Двумерные периодические решетки отверстий в золотых пленках с диаметром отверстий от 0.7 до 1.0 мкм и периодом 1.1–2.0 мкм выступали в качестве метаповерхностей, позволяющих преобразовать внешнее электромагнитное излучение в поверхностные плазмон-поляритонные волны в спектральном диапазоне 3-5 мкм. Из зависимостей фототока от угла падения электромагнитной волны определены дисперсионные соотношения, характеризующие распространение поверхностных плазмонных мод вдоль границы металлполупроводник в плазмонных фотодетекторах Ge/Si с квантовыми точками Ge, совмещенные с регулярными золотыми решетками субволновых отверстий различной формы на поверхности полупроводника. Было показано, что экспериментальные дисперсионные кривые для решеток круглой и квадратной формы находятся в хорошем согласии с результатами численного моделирования дисперсионных характеристик фундаментального плазмонного резонанса. Полученные результаты свидетельствуют о том, что усиление фототока в гибридных фотодетекторах с квантовыми точками действительно вызвано возбуждением блоховских поверхностных плазмонных мод в среднем ИК диапазоне. Обнаружено подавление эффекта плазмонного усиления фототока при переходе от круглой и квадратной форм отверстий решетки к прямоугольной. Установлено, что в гибридных структурах с прямоугольными щелями существует диапазон волновых векторов, в котором энергия поверхностных плазмонов не зависит от волнового вектора падающего излучения. Полученные результаты объяснены возбуждением световой волной локализованных дипольных мод на прямоугольных апертурах с большим соотношением сторон. Методами математического моделирования и экспериментально исследованы процессы усиления поля световой волны и фототока в среднем ИК диапазоне в гибридных гетероструктурах Ge/Si с квантовыми точками Ge, содержащих два типа плазмонных метаповерхностей на кремнии. Один тип представлял собой периодические решетки отверстий в золотой пленке, второй – двумерные массивы наноантенн в виде золотых дисков. Показано, что решетки отверстий обеспечивают усиление ближнеполевых компонент в активной области детекторов в 2.3-2.9 раз больше по сравнению с массивами дисковых антенн. Больший коэффициент усиления электрического поля связан с большей глубиной проникновения вглубь полупроводника поверхностной плазмонной волны, возбужденной перфорированной металлической пленкой. В результате возбуждения поверхностных плазмонных волн в оптимальных гетероструктурах Ge/Si с квантовыми точками удалось получить квантовую эффективность на уровне 2%, токовую чувствительность до 0.4 А/Вт и фотовольтаическую обнаружительную способность 4.5×1012 см·Гц1/2/Вт на длине волны 4 мкм при Т=78 К.
混合红外光电探测器是基于Ge/Si的异质结构，带有量子点Ge，与次波金晶格相连。在0.7到1.0 m之间，直径为1.1到2.0 m的黄金薄膜上的二维周期光栅是金属表面辐射的变换，允许在3-5 m范围内改变表面等离子体极化波的外部电磁波。电磁波随电磁波入射角而定的分散比值是由电磁波/Si等离子体光电探测器的表面等离子体半导体与电磁波表面不同形状的子波段的量子点的分布。研究表明，晶格和二次形状的实验分散曲线与基础等离子共振的分散特征数值一致。结果表明，量子点混合光电探测器的电流增大确实是由红外中段布洛霍夫表面等离子体模式引起的。在从圆形和方形的晶格孔到长方形的过程中，发现了对等离子体增强电流的抑制。人们发现，在长方形裂缝的混合结构中，存在着波向量范围，表面等离子体的能量不受波向量辐射的影响。结果被解释为在长方形孔径上的光波偶极子模式的激发，边比较大。数学模拟和实验研究了在Ge/Si杂交异质点Ge中增强光电和红外电流的过程，其中含有两种硅质金属表面。一种是在黄金胶片中周期性的孔洞，另一种是二维的巨大圆盘天线。在活跃的探测器区域中，孔格栅提供了2.3-2.9倍于圆盘天线的润滑量的放大部件。更大的电场放大率与由穿孔金属薄膜引起的表面等离子体波穿透半导体的深度有关。由于Ge/Si最优的量子点异质结构中的表面等离子波，电流灵敏度为0.4 a / vt，光伏检测能力为4.5 1012厘米。
{"title":"Поверхностные плазмонные волны в гибридных фотодетекторах Ge/Si с\u0000металлическими субволновыми решетками","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-60","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-60","url":null,"abstract":"Созданы гибридные ИК фотодетекторы на основе гетероструктур Ge/Si с квантовыми точками Ge,\u0000сопряженные с субволновыми золотыми решетками. Двумерные периодические решетки отверстий в\u0000золотых пленках с диаметром отверстий от 0.7 до 1.0 мкм и периодом 1.1–2.0 мкм выступали в\u0000качестве метаповерхностей, позволяющих преобразовать внешнее электромагнитное излучение в\u0000поверхностные плазмон-поляритонные волны в спектральном диапазоне 3-5 мкм. Из зависимостей\u0000фототока от угла падения электромагнитной волны определены дисперсионные соотношения,\u0000характеризующие распространение поверхностных плазмонных мод вдоль границы металлполупроводник в плазмонных фотодетекторах Ge/Si с квантовыми точками Ge, совмещенные с\u0000регулярными золотыми решетками субволновых отверстий различной формы на поверхности\u0000полупроводника. Было показано, что экспериментальные дисперсионные кривые для решеток\u0000круглой и квадратной формы находятся в хорошем согласии с результатами численного\u0000моделирования дисперсионных характеристик фундаментального плазмонного резонанса.\u0000Полученные результаты свидетельствуют о том, что усиление фототока в гибридных фотодетекторах\u0000с квантовыми точками действительно вызвано возбуждением блоховских поверхностных\u0000плазмонных мод в среднем ИК диапазоне. Обнаружено подавление эффекта плазмонного усиления\u0000фототока при переходе от круглой и квадратной форм отверстий решетки к прямоугольной.\u0000Установлено, что в гибридных структурах с прямоугольными щелями существует диапазон\u0000волновых векторов, в котором энергия поверхностных плазмонов не зависит от волнового вектора\u0000падающего излучения. Полученные результаты объяснены возбуждением световой волной\u0000локализованных дипольных мод на прямоугольных апертурах с большим соотношением сторон.\u0000Методами математического моделирования и экспериментально исследованы процессы усиления\u0000поля световой волны и фототока в среднем ИК диапазоне в гибридных гетероструктурах Ge/Si с\u0000квантовыми точками Ge, содержащих два типа плазмонных метаповерхностей на кремнии. Один тип\u0000представлял собой периодические решетки отверстий в золотой пленке, второй – двумерные массивы\u0000наноантенн в виде золотых дисков. Показано, что решетки отверстий обеспечивают усиление\u0000ближнеполевых компонент в активной области детекторов в 2.3-2.9 раз больше по сравнению с\u0000массивами дисковых антенн. Больший коэффициент усиления электрического поля связан с большей\u0000глубиной проникновения вглубь полупроводника поверхностной плазмонной волны, возбужденной\u0000перфорированной металлической пленкой. В результате возбуждения поверхностных плазмонных\u0000волн в оптимальных гетероструктурах Ge/Si с квантовыми точками удалось получить квантовую\u0000эффективность на уровне 2%, токовую чувствительность до 0.4 А/Вт и фотовольтаическую\u0000обнаружительную способность 4.5×1012 см·Гц1/2/Вт на длине волны 4 мкм при Т=78 К.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"66 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"131975382","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Для изготовления большинства оптоэлектронных и сверхвысокочастотных приборов на основе А3N соединений используются темплейты AlN на подложках c-Al2O3 с высокой термической, радиационной и химической стойкостью, а также относительно низкой стоимостью. Однако высокое рассогласование решетки (13%) этих подложек с AlN слоями неизбежно приводит к генерации прорастающих дислокаций (ПД) с начальной плотностью >1010 см-2 . Кроме того, выращенные AlN темплейты могут иметь высокие растягивающие напряжения (>1 ГПа), что при характерных толщинах темплейта >1мкм приводит к их растрескиванию. В данной работе рассматриваются процессы генерации и релаксации упругих напряжений на различных стадиях роста AlN темплейтов с помощью плазменно-активированной молекулярно-пучковой эпитаксии (ПА МПЭ), а также возможность их контроля с помощью варьирования режимов роста зародышевых слоев (ЗС) AlN. Темплейты AlN, выращенные ПА МПЭ на подложках cAl2O3 при температуре 780-850°С, представляли собой ЗС AlN толщиной 60 нм, поверх которых выращивались буферные слои (БС) AlN максимальной толщиной ~2 мкм. Для роста ЗС AlN использовались либо непрерывный 3Dрежим роста с соотношением III/N ~ 0.6 (образец A), либо эпитаксия с повышенной миграцией (ЭПМ) [1] (образцы B и C) с варьированием времен подачи импульсов Al и N. БС в образцах A, B, C выращивались в режиме металлмодулированной эпитаксии (ММЭ) [2] при соотношении потоков III/N 1.3, 1.05, 1.3 соответственно. Процессы генерации и релаксации упругих напряжений контролировались in situ с помощью разработанного многолучевого оптического измерителя напряжений (МОИН). Из представленных на Рис. 1 зависимостей напряжение×толщина от толщины для образцов A, B и С следует, что знак и величина напряжений в темплейтах определяются, в первую очередь, условиями роста ЗС AlN. В докладе будут рассмотрены особенности генерации напряжений в AlN темплейтах на различных стадиях роста с учетом процессов коалесценции зародышевых и ростовых зерен AlN, а также встраивания избыточного металла (Al) в межзеренные границы. Кроме того, будут обсуждены основные способы снижения плотности ПД за счет увеличения диаметра зародышевых зерен, приводящего к снижению генерации дислокаций в ЗС на межзеренных границах, а также роста БС в переходном 2D-3D режиме, при котором наблюдается усиление междислокационного взаимодействия. В заключение, будут сформулированы основные условия достижения полностью релаксированного или упруго-сжатого роста AlN темплейтов на подложках сAl2O3 с концентрацией винтовых и краевых ПД не более 5×108 см-2 и 5×109 см-2 , соответственно.
{"title":"Управление генерацией и релаксацией упругих напряжений в AlN/c-Al2O3 темплейтах,\u0000выращиваемых методом плазменно-активированной МПЭ","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-27","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-27","url":null,"abstract":"Для изготовления большинства оптоэлектронных и сверхвысокочастотных приборов на основе\u0000А3N соединений используются темплейты AlN на подложках c-Al2O3 с высокой термической,\u0000радиационной и химической стойкостью, а также относительно низкой стоимостью. Однако высокое\u0000рассогласование решетки (13%) этих подложек с AlN слоями неизбежно приводит к генерации\u0000прорастающих дислокаций (ПД) с начальной плотностью >1010 см-2\u0000. Кроме того, выращенные AlN\u0000темплейты могут иметь высокие растягивающие напряжения (>1 ГПа), что при характерных\u0000толщинах темплейта >1мкм приводит к их растрескиванию. В данной работе рассматриваются\u0000процессы генерации и релаксации упругих напряжений на различных стадиях роста AlN темплейтов\u0000с помощью плазменно-активированной молекулярно-пучковой эпитаксии (ПА МПЭ), а также\u0000возможность их контроля с помощью варьирования режимов роста зародышевых слоев (ЗС) AlN.\u0000Темплейты AlN, выращенные ПА МПЭ на подложках cAl2O3 при температуре 780-850°С, представляли собой ЗС\u0000AlN толщиной 60 нм, поверх которых выращивались\u0000буферные слои (БС) AlN максимальной толщиной ~2 мкм.\u0000Для роста ЗС AlN использовались либо непрерывный 3Dрежим роста с соотношением III/N ~ 0.6 (образец A), либо\u0000эпитаксия с повышенной миграцией (ЭПМ) [1] (образцы B и\u0000C) с варьированием времен подачи импульсов Al и N. БС в\u0000образцах A, B, C выращивались в режиме металлмодулированной эпитаксии (ММЭ) [2] при соотношении\u0000потоков III/N 1.3, 1.05, 1.3 соответственно. Процессы\u0000генерации и релаксации упругих напряжений\u0000контролировались in situ с помощью разработанного\u0000многолучевого оптического измерителя напряжений\u0000(МОИН).\u0000Из представленных на Рис. 1 зависимостей\u0000напряжение×толщина от толщины для образцов A, B и С\u0000следует, что знак и величина напряжений в темплейтах\u0000определяются, в первую очередь, условиями роста ЗС AlN.\u0000В докладе будут рассмотрены особенности генерации\u0000напряжений в AlN темплейтах на различных стадиях роста с\u0000учетом процессов коалесценции зародышевых и ростовых\u0000зерен AlN, а также встраивания избыточного металла (Al) в\u0000межзеренные границы. Кроме того, будут обсуждены\u0000основные способы снижения плотности ПД за счет\u0000увеличения диаметра зародышевых зерен, приводящего к\u0000снижению генерации дислокаций в ЗС на межзеренных\u0000границах, а также роста БС в переходном 2D-3D режиме,\u0000при котором наблюдается усиление междислокационного\u0000взаимодействия.\u0000В заключение, будут сформулированы основные условия\u0000достижения полностью релаксированного или упруго-сжатого роста AlN темплейтов на подложках сAl2O3 с концентрацией винтовых и краевых ПД не более 5×108\u0000см-2\u0000и 5×109\u0000см-2\u0000, соответственно.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"1 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"130575558","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Исследования топологических изоляторов являются одной из «горячих» тем современной физики конденсированного состояния. В трехмерных топологических изоляторах (ТИ) сильное спинорбитальное взаимодействие приводит к инверсии энергетических уровней, соответствующих зоне проводимости и валентной зоне в объеме полупроводника. Как следствие, на поверхности 3D ТИ с необходимостью появляются двумерные топологические электронные состояния. Эти состояния характеризуются дираковским спектром с нулевой эффективной массой. Кроме того, направление спина электрона оказывается фиксированным перпендикулярно к его квазиимпульсу в плоскости поверхности, что препятствует рассеянию электронов назад, по крайней мере, в теории. Два упомянутых выше обстоятельства делают очень привлекательной идею использования электронного транспорта по топологическим поверхностным электронным состояниям в электронных устройствах. Полупроводниковые твердые растворы Hg1-xCdxTe представляют собой необычный случай реализации топологической фазы. Во-первых, спин-орбитальное взаимодействие уменьшается с увеличением содержания CdTe x в сплаве. Поэтому энергетический спектр электронов инвертирован и соответствует топологическому состоянию при х < 0.16, а при х > 0.16 спектр является прямым, и формируется тривиальная фаза. Следовательно, можно осуществить переход между топологической и тривиальной фазами при изменении состава сплава. Кроме того, современные методы эпитаксиального роста позволяют синтезировать пленки Hg1-xCdxTe с низкой свободной концентрацией носителей ~ 1014 см-3 . В работе представлены экспериментальные результаты по исследованию фотопроводимости, возбуждаемой импульсами терагерцового лазера, в эпитаксиальных пленках Hg1-xCdxTe в непосредственной близости от точки инверсии зон. В отсутствие магнитного поля наблюдалась положительная и отрицательная фотопроводимость в образцах с инвертированным и прямым энергетическим спектром, соответственно [1,2]. Показано, что в пленках на основе Hg1-xCdxTe с инверсной структурой зон сигнал фотопроводимости оказывается асимметричным по магнитному полю. Данную ситуацию можно рассматривать как нарушение Т-симметрии. Эффект является необычным для материалов, в которых отсутствует встроенный магнитный момент. Кроме того, фотопроводимость оказывается несимметричной для двух зеркально расположенных пар потенциальных контактов, что можно трактовать как нарушение Р-симметрии. В то же время фотоотклик не изменяется при одновременной инверсии магнитного поля и замене пары потенциальных контактов на зеркально расположенную, демонстрируя PT-инвариантность. Важно подчеркнуть, что вышеуказанные эффекты нарушения симметрии наблюдаются только в неравновесной ситуации. Равновесные характеристики, такие как магнитосопротивление, симметричны по магнитному полю и не отличаются для зеркальных пар потенциальных контактов. В работе обсуждаются возможные механизмы, приводящие к появлению PT-симметричной терагерцовой фотопроводимости.
{"title":"РТ-симметрия терагерцовой фотопроводимости в структурах на основе Hg1-xCdxTe с\u0000инверсным спектром","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-79","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-79","url":null,"abstract":"Исследования топологических изоляторов являются одной из «горячих» тем современной физики\u0000конденсированного состояния. В трехмерных топологических изоляторах (ТИ) сильное спинорбитальное взаимодействие приводит к инверсии энергетических уровней, соответствующих зоне\u0000проводимости и валентной зоне в объеме полупроводника. Как следствие, на поверхности 3D ТИ с\u0000необходимостью появляются двумерные топологические электронные состояния. Эти состояния\u0000характеризуются дираковским спектром с нулевой эффективной массой. Кроме того, направление\u0000спина электрона оказывается фиксированным перпендикулярно к его квазиимпульсу в плоскости\u0000поверхности, что препятствует рассеянию электронов назад, по крайней мере, в теории. Два\u0000упомянутых выше обстоятельства делают очень привлекательной идею использования электронного\u0000транспорта по топологическим поверхностным электронным состояниям в электронных устройствах.\u0000Полупроводниковые твердые растворы Hg1-xCdxTe представляют собой необычный случай\u0000реализации топологической фазы. Во-первых, спин-орбитальное взаимодействие уменьшается с\u0000увеличением содержания CdTe x в сплаве. Поэтому энергетический спектр электронов инвертирован\u0000и соответствует топологическому состоянию при х < 0.16, а при х > 0.16 спектр является прямым, и\u0000формируется тривиальная фаза. Следовательно, можно осуществить переход между топологической\u0000и тривиальной фазами при изменении состава сплава. Кроме того, современные методы\u0000эпитаксиального роста позволяют синтезировать пленки Hg1-xCdxTe с низкой свободной\u0000концентрацией носителей ~ 1014 см-3\u0000.\u0000В работе представлены экспериментальные результаты по исследованию фотопроводимости,\u0000возбуждаемой импульсами терагерцового лазера, в эпитаксиальных пленках Hg1-xCdxTe в\u0000непосредственной близости от точки инверсии зон. В отсутствие магнитного поля наблюдалась\u0000положительная и отрицательная фотопроводимость в образцах с инвертированным и прямым\u0000энергетическим спектром, соответственно [1,2].\u0000Показано, что в пленках на основе Hg1-xCdxTe с инверсной структурой зон сигнал\u0000фотопроводимости оказывается асимметричным по магнитному полю. Данную ситуацию можно\u0000рассматривать как нарушение Т-симметрии. Эффект является необычным для материалов, в которых\u0000отсутствует встроенный магнитный момент. Кроме того, фотопроводимость оказывается\u0000несимметричной для двух зеркально расположенных пар потенциальных контактов, что можно\u0000трактовать как нарушение Р-симметрии. В то же время фотоотклик не изменяется при\u0000одновременной инверсии магнитного поля и замене пары потенциальных контактов на зеркально\u0000расположенную, демонстрируя PT-инвариантность. Важно подчеркнуть, что вышеуказанные\u0000эффекты нарушения симметрии наблюдаются только в неравновесной ситуации. Равновесные\u0000характеристики, такие как магнитосопротивление, симметричны по магнитному полю и не\u0000отличаются для зеркальных пар потенциальных контактов.\u0000В работе обсуждаются возможные механизмы, приводящие к появлению PT-симметричной\u0000терагерцовой фотопроводимости.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"1 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"131299320","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Гриценко Александр Иванович, Шурупов Сергей Викторович, Дережко Ярослав Богданович, Колобков Борис Иванович, Кретова Татьяна Александровна, Жигайлова Яна Владимировна
В результате выполнения ОКР по программе развития ЭКБ в период 2011 - 2018 годов достигнуты определенные успехи в создании современных изделий квантовой электроники и компонентов ВОСП: - разработан ряд матричных и линейных фоточувствительных приборов с переносом заряда на основе кремния для видимой и ближней ИК области спектра (0,4-1,0 мкм); матричные кремниевые КМОП-фотоприемники формата 1024х1024 с повышенной радиационной стойкостью; фотоприемные модули для спектральных диапазонов 3-5 и 8-10 мкм на основе гетероэпитаксиальных структур кадмий-ртуть-теллура и антимонида индия; фотоприемные модули для ИК области 0,9-1,7 мкм; фотоприемные устройства для ультрафиолетового (УФ) поддиапазона (260-280 мкм и 290-340 мкм; ряд быстродействующих лавинных ФПУ; - разработана решетка лазерных диодов со средней мощностью импульса лазерного излучения 1500 Вт; - разработан унифицированный ряд гетеролазеров повышенной радиационной стойкости с длинами волн излучения 780 нм, 794,7 нм и 852,1 нм. Завершается разработка отечественного радиационно-стойкого волокна и оптического кабеля на его основе. В качестве важных направлений развития и задач для фоточувствительных приборов, изделий квантовой электроники и компонентов ВОСП в прогнозируемый период следует выделить следующие: - имеется потребность и дефицит в части создания ряда отечественных лавинныхи pin-фотодиодов и приемных модулей на их основе с высоким быстродействием (граничная частота 10 – 50 ГГц) с различными размерами фоточувствительных элементов для области1300 – 1600 нм, как для информационных систем так и для радиофотонных схем; - к 2020 году будет разработан pin-фотодиод с граничной частотой 2,5 ГГц. Требуется разработка отечественной промышленной технологии и серийный выпуск квантово-каскадных излучателей с высоким значением пиковой мощности излучения в диапазоне длин волн 3–5 мкм и 8–12 мкм; - необходима разработка оптоэлектронных модулей для передачи и приема аналоговых сигналов с полосой частот модуляции до 30 ГГц для использования в специальных системах передачи и обработки информации, волоконно-оптических системах передачи информации по каналам РЛС, ФАР и АФАР; - для систем навигации, обнаружения необходима разработка оптоэлектронных модулей для передачи и приема цифровых сигналов со скоростью передачи информации до 10 ГГбит/с. Требуется разработка промышленной технологии изготовления отечественных ОВ на длины волн 1,3 и 1,55 мкм и создание на их основе оптических кабелей для аппаратуры различного назначения; - в интересах комплексов наблюдения за воздушным пространством и систем передачи информации требуется разработка многоканальных волоконно-оптических преобразователей, в том числе комбинированных и погружных; - необходима разработка волоконно-оптических аттенюаторов фиксированных и с переменным управлением. Фотонных интегральных схем, как сочетание кремниевой технологии и технологии интегральной оптики. Данные направления будут использоваться для волоконно-оптических систем передачи и распреде
{"title":"Основные тенденции развития оптоэлектронной техники до 2030 года","authors":"Гриценко Александр Иванович, Шурупов Сергей Викторович, Дережко Ярослав Богданович, Колобков Борис Иванович, Кретова Татьяна Александровна, Жигайлова Яна Владимировна","doi":"10.34077/rcsp2019-25","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-25","url":null,"abstract":"В результате выполнения ОКР по программе развития ЭКБ в период 2011 - 2018 годов достигнуты\u0000определенные успехи в создании современных изделий квантовой электроники и компонентов\u0000ВОСП:\u0000- разработан ряд матричных и линейных фоточувствительных приборов с переносом заряда на\u0000основе кремния для видимой и ближней ИК области спектра (0,4-1,0 мкм); матричные кремниевые\u0000КМОП-фотоприемники формата 1024х1024 с повышенной радиационной стойкостью; фотоприемные\u0000модули для спектральных диапазонов 3-5 и 8-10 мкм на основе гетероэпитаксиальных структур\u0000кадмий-ртуть-теллура и антимонида индия; фотоприемные модули для ИК области 0,9-1,7 мкм;\u0000фотоприемные устройства для ультрафиолетового (УФ) поддиапазона (260-280 мкм и 290-340 мкм;\u0000ряд быстродействующих лавинных ФПУ;\u0000- разработана решетка лазерных диодов со средней мощностью импульса лазерного излучения\u00001500 Вт;\u0000- разработан унифицированный ряд гетеролазеров повышенной радиационной стойкости с\u0000длинами волн излучения 780 нм, 794,7 нм и 852,1 нм. Завершается разработка отечественного\u0000радиационно-стойкого волокна и оптического кабеля на его основе.\u0000В качестве важных направлений развития и задач для фоточувствительных приборов, изделий\u0000квантовой электроники и компонентов ВОСП в прогнозируемый период следует выделить\u0000следующие:\u0000- имеется потребность и дефицит в части создания ряда отечественных лавинныхи pin-фотодиодов\u0000и приемных модулей на их основе с высоким быстродействием (граничная частота 10 – 50 ГГц) с\u0000различными размерами фоточувствительных элементов для области1300 – 1600 нм, как для\u0000информационных систем так и для радиофотонных схем;\u0000- к 2020 году будет разработан pin-фотодиод с граничной частотой 2,5 ГГц. Требуется разработка\u0000отечественной промышленной технологии и серийный выпуск квантово-каскадных излучателей с\u0000высоким значением пиковой мощности излучения в диапазоне длин волн 3–5 мкм и 8–12 мкм;\u0000- необходима разработка оптоэлектронных модулей для передачи и приема аналоговых сигналов с\u0000полосой частот модуляции до 30 ГГц для использования в специальных системах передачи и\u0000обработки информации, волоконно-оптических системах передачи информации по каналам РЛС,\u0000ФАР и АФАР;\u0000- для систем навигации, обнаружения необходима разработка оптоэлектронных модулей для\u0000передачи и приема цифровых сигналов со скоростью передачи информации до 10 ГГбит/с. Требуется\u0000разработка промышленной технологии изготовления отечественных ОВ на длины волн 1,3 и 1,55 мкм\u0000и создание на их основе оптических кабелей для аппаратуры различного назначения;\u0000- в интересах комплексов наблюдения за воздушным пространством и систем передачи\u0000информации требуется разработка многоканальных волоконно-оптических преобразователей, в том\u0000числе комбинированных и погружных;\u0000- необходима разработка волоконно-оптических аттенюаторов фиксированных и с переменным\u0000управлением. Фотонных интегральных схем, как сочетание кремниевой технологии и технологии\u0000интегральной оптики.\u0000Данные направления будут использоваться для волоконно-оптических систем передачи и\u0000распреде","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"18 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"133028007","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Несмотря на многочисленные работы по исследованию радиационных дефектов в подвергнутых ионной имплантации твердых растворах CdxHg1-xTe, вопрос о пространственной локализации и природе донорных радиационных дефектов остается открытым даже для хорошо изученного случая имплантации ионов В+ . По нашему мнению это связано с многочастичным спектром носителей заряда в радиационно-модифицированной области материала, когда для определения профилей распределения носителей каждого типа необходимо использовать соответствующие методы анализа результатов дифференциального эффекта Холла. Кроме того, необходимо также дополнительно исследовать дефектную структуру радиационно-нарушенной области. В работе представлены результаты комплексных исследований радиационных дефектов в имплантированных As гетероэпитаксиальных структурах CdxHg1-xTe (ГЭС КРТ), полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на подложках Si (GaAs) в ИФП СО РАН. Исследовали ГЭС р-типа проводимости с сохраненным и удаленным варизонным защитным слоем после имплантации ионов As+ с энергией 190 кэВ и дозой в 1015 см-2 , в результате которой были получены типичные n + –n–p структуры с радиационно-модифицированной n + –n–областью. Пространственное распределение носителей исследовали при послойном химическом травлении с измерением полевых зависимостей коэффициента Холла RH(B) и проводимости σ(B) и их анализа методом дискретных спектров подвижности. Дополнительно использовались данные вторичной ионной масс-спектроскопии (ВИМС), просвечивающей электронной микроскопии в режиме светлого поля и высокого разрешения и литературные данные профилей дефектов, полученных из спектров резерфордовского обратного рассеяния. В радиационно-модифицированной n+–n–области структуры обнаружены три типа электронов с различной подвижностью, обусловленные соответствующими донорными дефектами, локализованными на различных глубинах радиационно-нарушенного слоя структуры: а) электроны с низкой подвижностью порядка ~5000 cм2 /(В·с) локализованы в приповерхностном n + –слое толщиной ~400 нм, в области присутствия крупных и мелких дислокационных петель. Предполагаемая природа донорного центра, обуславливающего наличие электронов с низкой подвижностью – междоузельная ртуть, захваченная дислокационной петлей; б) электроны с промежуточной подвижностью ~20000 cм2 /(В·с) локализованы также в n + –слое толщиной до ~700-900 нм в области существования квазиточечных радиационных дефектов. Предполагаемая природа донорных дефектов – комплексы междоузельной ртути с этими квазиточечными дефектами; в) электроны с высокой подвижностью ~90000 cм2 /(В·с) локализованы в n-слое n + –n–p структуры на глубине более 700-900 нм. Механизм формирования этой области хорошо известен и связан с диффузией междоузельной ртути, генерируемой при имплантации, и ее аннигиляцией с вакансиями ртути в исходной области р-типа.
尽管cdxh1 -xTe固态溶液中存在大量辐射缺陷研究，但供体辐射缺陷的空间定位问题仍然存在，即使对b +植入的研究十分充分。我们认为，这与材料辐射改造区域中多粒子电荷谱有关，需要使用适当的方法来分析霍尔微分效应的结果。此外，还需要进一步研究辐射破坏区域的缺陷结构。这份工作展示了As异质异质结构cdxh1 -xTe的综合辐射缺陷研究结果。在As+离子植入后，使用190 kev能量和1015 cm -2剂量的ace r型电导率进行了研究，产生了典型的n+ n - p结构，辐射改良过的n+ n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n - n。载体的空间分布是通过对战场上的化学影响(B)霍尔系数和B导电性(B)的测量以及它们的离散光谱分析来研究的。此外还使用了第二离子质谱学(vims)数据，该数据在光场模式、高分辨率和文学数据，以及从光谱学反向散射中获得的缺陷概要。在辐射改良后的n+ - n - n中，发现三种不同类型的电子具有不同类型的机动性，因为相关的供体缺陷:a)所谓的环境中心，指的是低能动性电子的存在——被部署回路捕获的内乱;b)中间活动性~ 20000cm2 /(c)的电子在n+中也被定位为~700-900纳米厚的存在准辐射缺陷。供体缺陷的假定性质是这些准点接触性水银的复杂间间水银;b)高活动性电子~9万个cm2 /(b)在n+ n- n- p结构中定位，深度超过700-900纳米。该区域的形成机制是众所周知的，与植入过程中产生的间隙水银扩散有关，与最初r型区域汞的空缺有关。
{"title":"Радиационные донорные дефекты в имплантированных As пленках МЛЭ CdHgTe:\u0000пространственное распределение и природа","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-57","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-57","url":null,"abstract":"Несмотря на многочисленные работы по исследованию радиационных дефектов в подвергнутых\u0000ионной имплантации твердых растворах CdxHg1-xTe, вопрос о пространственной локализации и\u0000природе донорных радиационных дефектов остается открытым даже для хорошо изученного случая\u0000имплантации ионов В+\u0000. По нашему мнению это связано с многочастичным спектром носителей\u0000заряда в радиационно-модифицированной области материала, когда для определения профилей\u0000распределения носителей каждого типа необходимо использовать соответствующие методы анализа\u0000результатов дифференциального эффекта Холла. Кроме того, необходимо также дополнительно\u0000исследовать дефектную структуру радиационно-нарушенной области.\u0000В работе представлены результаты комплексных исследований радиационных дефектов в\u0000имплантированных As гетероэпитаксиальных структурах CdxHg1-xTe (ГЭС КРТ), полученных\u0000методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на подложках Si (GaAs) в ИФП СО РАН.\u0000Исследовали ГЭС р-типа проводимости с сохраненным и удаленным варизонным защитным слоем\u0000после имплантации ионов As+\u0000с энергией 190 кэВ и дозой в 1015 см-2\u0000, в результате которой были\u0000получены типичные n\u0000+\u0000–n–p структуры с радиационно-модифицированной n\u0000+\u0000–n–областью.\u0000Пространственное распределение носителей исследовали при послойном химическом травлении с\u0000измерением полевых зависимостей коэффициента Холла RH(B) и проводимости σ(B) и их анализа\u0000методом дискретных спектров подвижности. Дополнительно использовались данные вторичной\u0000ионной масс-спектроскопии (ВИМС), просвечивающей электронной микроскопии в режиме светлого\u0000поля и высокого разрешения и литературные данные профилей дефектов, полученных из спектров\u0000резерфордовского обратного рассеяния.\u0000В радиационно-модифицированной n+–n–области структуры обнаружены три типа электронов с\u0000различной подвижностью, обусловленные соответствующими донорными дефектами,\u0000локализованными на различных глубинах радиационно-нарушенного слоя структуры: а) электроны с\u0000низкой подвижностью порядка ~5000 cм2\u0000/(В·с) локализованы в приповерхностном n\u0000+\u0000–слое толщиной\u0000~400 нм, в области присутствия крупных и мелких дислокационных петель. Предполагаемая природа\u0000донорного центра, обуславливающего наличие электронов с низкой подвижностью – междоузельная\u0000ртуть, захваченная дислокационной петлей; б) электроны с промежуточной подвижностью ~20000\u0000cм2\u0000/(В·с) локализованы также в n\u0000+\u0000–слое толщиной до ~700-900 нм в области существования\u0000квазиточечных радиационных дефектов. Предполагаемая природа донорных дефектов – комплексы\u0000междоузельной ртути с этими квазиточечными дефектами; в) электроны с высокой подвижностью\u0000~90000 cм2\u0000/(В·с) локализованы в n-слое n\u0000+\u0000–n–p структуры на глубине более 700-900 нм. Механизм\u0000формирования этой области хорошо известен и связан с диффузией междоузельной ртути,\u0000генерируемой при имплантации, и ее аннигиляцией с вакансиями ртути в исходной области р-типа.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"217 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"133999027","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Г И Громилин, С. А. Попов, Б. Н. Дражников, К. В. Козлов, В. А. Стрельцов
Среди задач глобального мониторинга земной поверхности одной из актуальных является задача обнаружения слабоконтрастных малоразмерных динамических объектов в последовательности изображений, содержащих мощный пространственно-неоднородный фон. Межкадровая обработка (МКО) изображений [1] является одним из методов снижения порога обнаружения динамических объектов за счет эффективного подавления фона. Для формирования крупноформатных изображений сравнительно медленно изменяющихся сцен могут применяться сканирующие приборы на основе многорядных фотоприемных линеек [2], которые, обеспечивая повышенное разрешение, являются конкурентоспособной альтернативой «смотрящим» матричным фотоприемникам. Однако, как показано в [3], отклонение скорости сканирования от номинала приводит к ряду искажений, существенно влияющих на надежность обнаружения малоразмерных объектов. В работе предлагается способ МКО, основанный на пофрагментной компенсации смещения фона с точностью до долей шага дискретизации, значительно снижающий влияние нестабильности скорости сканирования. На рисунке приведен результат подавления фона посредством вычисления межкадровой разности (скорость сканирования в соседних кадрах отличается на 0.1%) при различных способах компенсации смещения. СКО фона (в квантах АЦП) в исходной последовательности (а) равно 144 квантам при СКО шума 6.5 квант, в разности без компенсации смещения – от 9.2 до 101.6 кванта, в разности с целочисленной компенсацией (в) – от 9.6 до 18.1 кванта, в разности с дробным совмещением (г) – 9.8 кванта.
{"title":"Особенности межкадровой обработки последовательности изображений, формируемых\u0000сканирующим устройством на основе многорядного ФПУ","authors":"Г И Громилин, С. А. Попов, Б. Н. Дражников, К. В. Козлов, В. А. Стрельцов","doi":"10.34077/rcsp2019-141","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-141","url":null,"abstract":"Среди задач глобального мониторинга земной поверхности одной из актуальных является задача\u0000обнаружения слабоконтрастных малоразмерных динамических объектов в последовательности\u0000изображений, содержащих мощный пространственно-неоднородный фон. Межкадровая обработка\u0000(МКО) изображений [1] является одним из методов снижения порога обнаружения динамических\u0000объектов за счет эффективного подавления фона. Для формирования крупноформатных изображений\u0000сравнительно медленно изменяющихся сцен могут применяться сканирующие приборы на основе\u0000многорядных фотоприемных линеек [2], которые, обеспечивая повышенное разрешение, являются\u0000конкурентоспособной альтернативой «смотрящим» матричным фотоприемникам. Однако, как\u0000показано в [3], отклонение скорости сканирования от номинала приводит к ряду искажений,\u0000существенно влияющих на надежность обнаружения малоразмерных объектов.\u0000В работе предлагается способ МКО, основанный на пофрагментной компенсации смещения фона\u0000с точностью до долей шага дискретизации, значительно снижающий влияние нестабильности\u0000скорости сканирования. На рисунке приведен результат подавления фона посредством вычисления\u0000межкадровой разности (скорость сканирования в соседних кадрах отличается на 0.1%) при различных\u0000способах компенсации смещения. СКО фона (в квантах АЦП) в исходной последовательности (а)\u0000равно 144 квантам при СКО шума 6.5 квант, в разности без компенсации смещения – от 9.2 до 101.6\u0000кванта, в разности с целочисленной компенсацией (в) – от 9.6 до 18.1 кванта, в разности с дробным\u0000совмещением (г) – 9.8 кванта.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"106 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"132541131","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Гибридные перовскиты – класс полупроводников с общей формулой ABX3, где A = CH3NH3(метил аммоний); B = Pb (свинец), Sn (олово); и X = Cl(хлор), Br(бром), I(йод). На основе данного класса материалов за последние пять лет наблюдается значительный прогресс в области создания тонкопленочных солнечных элементов (СЭ) [1,2], светоизлучающих диодов [3], датчиков гамма - и рентгеновского излучения. Главным преимуществом металлорганических перовскитов является то, что для их синтеза используются распространенные достаточно дешевые исходные соединения и простые технологические приемы, исключающие энергоемкие стадии и вакуумные установки. Синтез пленок, основанный на осаждении из растворов при температурах вблизи комнатной, позволяет использование стеклянных и гибких пластиковых подложек и методы струйной печати. Также неоспоримым преимуществом является возможность изменения ширины запрещенной зоны полупроводника посредством количественного изменения соотношения разных анионов. Замена йода на бром и хлор дает изменение Eg от 1,5 до 2,1 эВ. В настоящее время наиболее изученным перовскитом является CH3NH3PbI3 - метиламмония трийодид свинца. При использования этого гибридного материала эффективность конверсии солнечной энергии в электрическую для лабораторных СЭ возросла с 3,5% [1] в 2009году до 22% в 2015 [2], т.е. почти сравнялась с КПД элементов на кремниевых подложках. Добиться такого КПД удалось благодаря уникальным свойствам CH3NH3PbI3, таким как оптимальная для СЭ ширина запрещенной зоны (1,5 эВ), высокое значение коэффициента поглощения солнечного спектра (105 см1 ), низкая энергия разложения экситонов (16 мэВ) и большая длина пробега носителей заряда (1 мкм в плёнках, 175 мкм в монокристаллах). Другое интенсивно развивающееся применения перовскитов – светоизлучающие диоды (LED). В 2014 году в работе [4] сообщалось о первых светодиодах, которые показали квантовую эффективность 0,76%, 0,1% и 0,018% для ближнего инфракрасного, красного и зеленого излучения соответственно. Совсем недавно опубликованы сообщения о зеленых, красных и ближних инфракрасных LED с квантовой эффективностью 20,3%, [5] 21,3%, [6] и 20,7%, [7] соответственно. Некоторые компании уже работают над коммерческим внедрением СЭ из перовскитов. Австралийские и турецкие компании вместе активно подошли к коммерциализации перовскитовых солнечных батарей, и по прогнозам, уже к 2019 году они будут представлены на мировом рынке. Аналитики энергетической отрасли утверждают, что при стоимости в 50 центов за 1 кВт, солнечная энергия становится конкурентоспособной по отношению к ископаемому топливу. То есть переход на перовскитные СЭ в глобальном масштабе позволит снизить стоимость производства электроэнергии в разы.
{"title":"Металлорганические перовскиты для фотоники","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-67","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-67","url":null,"abstract":"Гибридные перовскиты – класс полупроводников с общей формулой ABX3, где A = CH3NH3(метил\u0000аммоний); B = Pb (свинец), Sn (олово); и X = Cl(хлор), Br(бром), I(йод). На основе данного класса\u0000материалов за последние пять лет наблюдается значительный прогресс в области создания\u0000тонкопленочных солнечных элементов (СЭ) [1,2], светоизлучающих диодов [3], датчиков гамма - и\u0000рентгеновского излучения. Главным преимуществом металлорганических перовскитов является то,\u0000что для их синтеза используются распространенные достаточно дешевые исходные соединения и\u0000простые технологические приемы, исключающие энергоемкие стадии и вакуумные установки.\u0000Синтез пленок, основанный на осаждении из растворов при температурах вблизи комнатной,\u0000позволяет использование стеклянных и гибких пластиковых подложек и методы струйной печати.\u0000Также неоспоримым преимуществом является возможность изменения ширины запрещенной зоны\u0000полупроводника посредством количественного изменения соотношения разных анионов. Замена йода\u0000на бром и хлор дает изменение Eg от 1,5 до 2,1 эВ.\u0000В настоящее время наиболее изученным перовскитом является CH3NH3PbI3 - метиламмония\u0000трийодид свинца. При использования этого гибридного материала эффективность конверсии\u0000солнечной энергии в электрическую для лабораторных СЭ возросла с 3,5% [1] в 2009году до 22% в\u00002015 [2], т.е. почти сравнялась с КПД элементов на кремниевых подложках. Добиться такого КПД\u0000удалось благодаря уникальным свойствам CH3NH3PbI3, таким как оптимальная для СЭ ширина\u0000запрещенной зоны (1,5 эВ), высокое значение коэффициента поглощения солнечного спектра (105\u0000см1\u0000), низкая энергия разложения экситонов (16 мэВ) и большая длина пробега носителей заряда (1 мкм в\u0000плёнках, 175 мкм в монокристаллах).\u0000Другое интенсивно развивающееся применения перовскитов – светоизлучающие диоды (LED). В\u00002014 году в работе [4] сообщалось о первых светодиодах, которые показали квантовую\u0000эффективность 0,76%, 0,1% и 0,018% для ближнего инфракрасного, красного и зеленого излучения\u0000соответственно. Совсем недавно опубликованы сообщения о зеленых, красных и ближних\u0000инфракрасных LED с квантовой эффективностью 20,3%, [5] 21,3%, [6] и 20,7%, [7] соответственно.\u0000Некоторые компании уже работают над коммерческим внедрением СЭ из перовскитов.\u0000Австралийские и турецкие компании вместе активно подошли к коммерциализации перовскитовых\u0000солнечных батарей, и по прогнозам, уже к 2019 году они будут представлены на мировом рынке.\u0000Аналитики энергетической отрасли утверждают, что при стоимости в 50 центов за 1 кВт, солнечная\u0000энергия становится конкурентоспособной по отношению к ископаемому топливу. То есть переход на\u0000перовскитные СЭ в глобальном масштабе позволит снизить стоимость производства электроэнергии\u0000в разы.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"70 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"129166248","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Множественные квантовые ямы (КЯ) на основе соединения Hg1-xCdxTe (КРТ) – перспективные структуры для создания как излучающих устройств, так и фотоприемников среднего и дальнего (сверхдального) ИК диапазона. Для воспроизводимого выращивания КЯ с заданными оптическими свойствами необходим прецизионный контроль толщин слоев и распределения состава в них. В качестве такого метода контроля нами успешно используется одноволновая эллипсометрия (=632.8 нм) in situ с высоким быстродействием. В наших предыдущих исследованиях было показано [1], что сравнение зависимости параметров и , измеренной в процессе роста, с расчётной номограммой позволяет определять толщины слоёв и качественно характеризует изменение состава на границе широкозонного слоя и КЯ. В продолжение этих исследований нами разработан и экспериментально реализован эллипсометрический метод расчёта профиля состава в таких структурах, основанный на разбиении исследуемого участка структуры на тонкие слои (0.5 нм) с последующим определением состава каждого такого слоя путём решения обратной задачи. Применяя метод эффективной подложки и используя измерения в начале и в конце роста слоя, удаётся определить его оптические постоянные и состав. Толщина слоя определялась по скорости его роста. Для этого перед началом выращивания структуры, в широкозонной обкладке создавалась ступенька состава (ХCdTe0,1), которая приводила к интерференционным колебаниям , и позволяла провести прецизионную калибровку скорости роста. С учётом малости толщин слоёв di , обратная задача решалась в приближении Друде. В результате разложения основного уравнения эллипсометрии по малому параметру di / получается квадратное уравнение относительно комплексного показателя преломления i-го слоя. Это позволяет рассчитать состав аналитически, а не поисковыми методами, что повышает надёжность решения и делает возможным реализацию предложенного алгоритма в реальном времени. Численным моделированием установлено, что точность определения состава в области дна КЯ не хуже ±0.005 при пространственном разрешении 0.5 нм.
{"title":"Эллипсометрический метод in situ расчёта профиля состава квантовых структур,\u0000выращиваемых на основе соединения Hg1-xCdxTe","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-110","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-110","url":null,"abstract":"Множественные квантовые ямы (КЯ) на основе соединения Hg1-xCdxTe (КРТ) – перспективные\u0000структуры для создания как излучающих устройств, так и фотоприемников среднего и дальнего\u0000(сверхдального) ИК диапазона. Для воспроизводимого выращивания КЯ с заданными оптическими\u0000свойствами необходим прецизионный контроль толщин слоев и распределения состава в них. В\u0000качестве такого метода контроля нами успешно используется одноволновая эллипсометрия (=632.8\u0000нм) in situ с высоким быстродействием. В наших предыдущих исследованиях было показано [1], что\u0000сравнение зависимости параметров и , измеренной в процессе роста, с расчётной номограммой\u0000позволяет определять толщины слоёв и качественно характеризует изменение состава на границе\u0000широкозонного слоя и КЯ.\u0000В продолжение этих исследований нами разработан и экспериментально реализован\u0000эллипсометрический метод расчёта профиля состава в таких структурах, основанный на разбиении\u0000исследуемого участка структуры на тонкие слои (0.5 нм) с последующим определением состава\u0000каждого такого слоя путём решения обратной задачи. Применяя метод эффективной подложки и\u0000используя измерения в начале и в конце роста слоя, удаётся определить его оптические постоянные и\u0000состав. Толщина слоя определялась по скорости его роста. Для этого перед началом выращивания\u0000структуры, в широкозонной обкладке создавалась ступенька состава (ХCdTe0,1), которая приводила\u0000к интерференционным колебаниям , и позволяла провести прецизионную калибровку скорости\u0000роста.\u0000С учётом малости толщин слоёв di\u0000, обратная задача решалась в приближении Друде. В результате\u0000разложения основного уравнения эллипсометрии по малому параметру di\u0000/ получается квадратное\u0000уравнение относительно комплексного показателя преломления i-го слоя. Это позволяет рассчитать\u0000состав аналитически, а не поисковыми методами, что повышает надёжность решения и делает\u0000возможным реализацию предложенного алгоритма в реальном времени. Численным моделированием\u0000установлено, что точность определения состава в области дна КЯ не хуже ±0.005 при\u0000пространственном разрешении 0.5 нм.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"6 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"114728247","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Гетероструктуры c квантовыми ямами (КЯ) на основе AlGaAs/GaAs (GaAs – яма, AlxGa1-xAs – барьер) используются для создания матричных фотоприемных устройств (ФПУ) для спектрального диапазона 8 – 12 мкм (Quantum Well Infrared Photodector, QWIP) [1]. Принцип работы QWIP ФПУ основан на межподзонных переходах электронов, локализованных на первом квантово-размерном уровне КЯ зоны проводимости (переходы с E1 на E2). Эти уровни определяют рабочий спектральный диапазон ФПУ и зависят от технологических параметров структуры. Для оптимизации работы фотодетекторов необходим точный контроль положения этих уровней, что требует развития неразрушающих методик спектроскопического анализа выращиваемых гетероструктур [2]. В основе методики использовался метод низкотемпературного измерения спектров возбуждения фотолюминесценции (СВФ). Предварительный теоретический расчет структуры энергетических уровней в КЯ осуществлялся методом численного решения уравнения Шредингера в одночастичном приближении. Многослойные гетероструктуры выращивались методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Спектры возбуждения фотолюминесценции, а также спектры фотолюминесценции измерялись в диапазоне температур от 5 до 80 К. Для контроля спектроскопических результатов измерялись спектры фотопроводимости одноэлементных приемников с размерами 2х2 мм2 . Основная идея метода СВФ состоит в последовательном измерении спектров фотолюминесценции от источника возбуждения с различными длинами волн и регистрацией интенсивности основного пика излучения. В качестве перестраиваемого источника излучения использовалось излучение GaN светодиода, пропускаемое через монохроматор. Полуширина спектра излучения возбуждения составляла в среднем 1 нм, а шаг изменения максимума излучения – также 1 нм. Измерения спектров проводились для образцов с различным количеством КЯ (от 1 до 10), толщин ям d (от 3 до 10 нм) и содержанием AlAs в барьере x от 20 до 30 %. На рисунке приведен измеренный спектр СВФ для структуры из 10 квантовых ям с d ≈ 7 нм и x ≈ 25 %. Стрелочками указаны наблюдаемые оптические переходы. Они формируются экситонными состояниями, соответствующим зона-зонным переходам в барьере, а также переходам между электронными уровнями (EX) и дырочными уровнями (HHX – тяжелые дырки, LHX – легкие дырки). Установлено, что для КЯ с указанными диапазонами параметров энергия основного перехода (E1-HH1) варьируется в пределах от 1,53 до 1,65 эВ для T = 5 K, с увеличением температуры до 80 К энергии переходов изменяются в пределах 5 мэВ. По результатам численных расчетов получено, что положение уровней LH1 и HH2 совпадает в пределах 8 мэВ, это позволяет считать, что максимум спектральной характеристики ФПУ, определяемой как E2-E1, можно рассчитать из разницы энергий переходов E1-LH1 и E2-HH2 с соответствующей поправкой. Из сравнения полученных результатов СВФ и фотопроводимости установлена корректность данного предположения, а точность определения рабочего перехода фотодетектора составляет не более 150 нм.
{"title":"Спектры возбуждения фотолюминесценции многослойных структур с квантовыми\u0000ямами на основе гетеропары AlGaAs/GaAs для фотоприемных устройств","authors":"А. И. Пашкеев, С. Кривобок, И. Д. Бурлаков","doi":"10.34077/rcsp2019-21","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-21","url":null,"abstract":"Гетероструктуры c квантовыми ямами (КЯ) на основе AlGaAs/GaAs (GaAs – яма, AlxGa1-xAs –\u0000барьер) используются для создания матричных фотоприемных устройств (ФПУ) для спектрального\u0000диапазона 8 – 12 мкм (Quantum Well Infrared Photodector, QWIP) [1]. Принцип работы QWIP ФПУ\u0000основан на межподзонных переходах электронов, локализованных на первом квантово-размерном\u0000уровне КЯ зоны проводимости (переходы с E1 на E2). Эти уровни определяют рабочий спектральный\u0000диапазон ФПУ и зависят от технологических параметров структуры. Для оптимизации работы\u0000фотодетекторов необходим точный контроль положения этих уровней, что требует развития\u0000неразрушающих методик спектроскопического анализа выращиваемых гетероструктур [2].\u0000В основе методики использовался метод низкотемпературного измерения спектров возбуждения\u0000фотолюминесценции (СВФ). Предварительный теоретический расчет структуры энергетических\u0000уровней в КЯ осуществлялся методом численного решения уравнения Шредингера в одночастичном\u0000приближении. Многослойные гетероструктуры выращивались методом молекулярно-лучевой\u0000эпитаксии (МЛЭ). Спектры возбуждения фотолюминесценции, а также спектры фотолюминесценции\u0000измерялись в диапазоне температур от 5 до 80 К. Для контроля спектроскопических результатов\u0000измерялись спектры фотопроводимости одноэлементных приемников с размерами 2х2 мм2\u0000.\u0000Основная идея метода СВФ состоит в последовательном измерении спектров фотолюминесценции\u0000от источника возбуждения с различными\u0000длинами волн и регистрацией интенсивности\u0000основного пика излучения. В качестве\u0000перестраиваемого источника излучения\u0000использовалось излучение GaN светодиода,\u0000пропускаемое через монохроматор.\u0000Полуширина спектра излучения возбуждения\u0000составляла в среднем 1 нм, а шаг изменения\u0000максимума излучения – также 1 нм.\u0000Измерения спектров проводились для\u0000образцов с различным количеством КЯ (от 1\u0000до 10), толщин ям d (от 3 до 10 нм) и\u0000содержанием AlAs в барьере x от 20 до 30 %.\u0000На рисунке приведен измеренный спектр\u0000СВФ для структуры из 10 квантовых ям с d ≈\u00007 нм и x ≈ 25 %. Стрелочками указаны\u0000наблюдаемые оптические переходы. Они формируются экситонными состояниями, соответствующим\u0000зона-зонным переходам в барьере, а также переходам между электронными уровнями (EX) и\u0000дырочными уровнями (HHX – тяжелые дырки, LHX – легкие дырки). Установлено, что для КЯ с\u0000указанными диапазонами параметров энергия основного перехода (E1-HH1) варьируется в пределах\u0000от 1,53 до 1,65 эВ для T = 5 K, с увеличением температуры до 80 К энергии переходов изменяются в\u0000пределах 5 мэВ.\u0000По результатам численных расчетов получено, что положение уровней LH1 и HH2 совпадает в\u0000пределах 8 мэВ, это позволяет считать, что максимум спектральной характеристики ФПУ,\u0000определяемой как E2-E1, можно рассчитать из разницы энергий переходов E1-LH1 и E2-HH2 с\u0000соответствующей поправкой. Из сравнения полученных результатов СВФ и фотопроводимости\u0000установлена корректность данного предположения, а точность определения рабочего перехода\u0000фотодетектора составляет не более 150 нм.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"32 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-05-24","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"117282465","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
京公网安备 11010802042870号
京ICP备2023020795号-1
扫码关注我们
求助内容：
应助结果提醒方式：