Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) InAlAs/InP согласованные по параметрам кристаллической решетки нашли свое применение в современных оптоэлектронных и СВЧ приборах используемых в новом научно-техническом направлении – радиофотоника [1-4]. При создании таких приборов необходимо учитывать характеристики ГЭС. В работе [5] показано, что качество ГЭС влияет на параметры приборов. Для транзисторных структур большое количество дефектов ведет к большим токам утечки, а в случае фотодиодных и лазерных структур к большим темновым токам [6]. В работе представлены условия синтеза эпитаксиальных слоёв InAlAs/InP с плотностью структурных дефектов меньше чем 104 см-2 . Синтез ГЭС проводился методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на установке Riber Compact-21T на подложках (001)InP в диапазоне температур 450-560℃, в потоке мышьяка, варьирующемся в диапазоне от 10-6 до 6×10-5 Торр. Отношение потока материалов третьей группы (In и Al) подбиралось для получения решеточно-согласованого, с подложкой InP, состава Х = 0.52. Состав ГЭС контролировался методом фотолюминесценции (ФЛ). Морфология поверхности характеризовалась методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Структурный анализ слоев проводился методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). В работе показано, что на согласованных по параметру кристаллической решётки ГЭС InAlAs/InP наблюдается плотность ростовых дефектов от 8104 до 1107 см-2 . При отклонении от решеточносогласованого состава плотность дефектов может достигать 109 см-2 . Показано, что наименьшая плотность дефектов наблюдается при температурах роста 500-510℃ и отношении потока мышьяка к потокам элементов третьей группы не ниже 75. На СЭМ изображениях поперечного скола ГЭС видно, что дефекты образованы выходами дислокаций из гетерограницы InAlAs/InP. Вероятно, дислокации появились в результате замещения атомов фосфора атомами мышьяка в процессе высокотемпературного отжига подложки InP. Замещение мышьяком фосфора приводит к образованию островков InAs и решеточному рассогласованию на начальных этапах роста InAlAs слоя. Возникающие напряжения в кристаллической решетке, релаксируют в виде дислокаций. Известно, что дефекты, прорастающие из подложки, могут замыкаться на гетерограницах [7]. Поэтому были использованы буферные сверхрешетки InAlAs/InGaAs, что привело к снижению плотности дефектов на 1-2 порядка. На АСМ картинах таких слоёв видны моноатомные ступени, среднеквадратичное значение шероховатости не превышает 0.6нм. Используя разработанную технологию эпитаксиального роста, были получены ГЭС для СВЧ фотодиодов и электро-оптических модуляторов Маха–Цендера.
{"title":"Синтез InAlAs/InP гетероструктур для приборов радиофотоники","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-106","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-106","url":null,"abstract":"Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) InAlAs/InP согласованные по параметрам\u0000кристаллической решетки нашли свое применение в современных оптоэлектронных и СВЧ приборах\u0000используемых в новом научно-техническом направлении – радиофотоника [1-4]. При создании таких\u0000приборов необходимо учитывать характеристики ГЭС. В работе [5] показано, что качество ГЭС\u0000влияет на параметры приборов. Для транзисторных структур большое количество дефектов ведет к\u0000большим токам утечки, а в случае фотодиодных и лазерных структур к большим темновым токам [6].\u0000В работе представлены условия синтеза эпитаксиальных слоёв InAlAs/InP с плотностью структурных\u0000дефектов меньше чем 104\u0000см-2\u0000.\u0000Синтез ГЭС проводился методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на установке Riber\u0000Compact-21T на подложках (001)InP в диапазоне температур 450-560℃, в потоке мышьяка,\u0000варьирующемся в диапазоне от 10-6\u0000до 6×10-5 Торр. Отношение потока материалов третьей группы (In\u0000и Al) подбиралось для получения решеточно-согласованого, с подложкой InP, состава Х = 0.52.\u0000Состав ГЭС контролировался методом фотолюминесценции (ФЛ). Морфология поверхности\u0000характеризовалась методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Структурный анализ слоев\u0000проводился методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).\u0000В работе показано, что на согласованных по параметру кристаллической решётки ГЭС InAlAs/InP\u0000наблюдается плотность ростовых дефектов от 8104\u0000до 1107\u0000см-2\u0000. При отклонении от решеточносогласованого состава плотность дефектов может достигать 109\u0000см-2\u0000. Показано, что наименьшая\u0000плотность дефектов наблюдается при температурах роста 500-510℃ и отношении потока мышьяка к\u0000потокам элементов третьей группы не ниже 75. На СЭМ изображениях поперечного скола ГЭС\u0000видно, что дефекты образованы выходами дислокаций из гетерограницы InAlAs/InP. Вероятно,\u0000дислокации появились в результате замещения атомов фосфора атомами мышьяка в процессе\u0000высокотемпературного отжига подложки InP. Замещение мышьяком фосфора приводит к\u0000образованию островков InAs и решеточному рассогласованию на начальных этапах роста InAlAs\u0000слоя. Возникающие напряжения в кристаллической решетке, релаксируют в виде дислокаций.\u0000Известно, что дефекты, прорастающие из подложки, могут замыкаться на гетерограницах [7].\u0000Поэтому были использованы буферные сверхрешетки InAlAs/InGaAs, что привело к снижению\u0000плотности дефектов на 1-2 порядка. На АСМ картинах таких слоёв видны моноатомные ступени,\u0000среднеквадратичное значение шероховатости не превышает 0.6нм.\u0000Используя разработанную технологию эпитаксиального роста, были получены ГЭС для СВЧ\u0000фотодиодов и электро-оптических модуляторов Маха–Цендера.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"156 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":"133305424","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}
В последние годы в технологии фотоэлектрических преобразователей на основе мультикристаллического кремния (mc-Si) существенной альтернативой стало использование n-типа проводимости в качестве материала исходной подложки наряду с традиционным р-типом. Показано, что в слитках n типа высокие значения времени жизни неравновесных носителей заряда (вплоть до 1 мс) обусловлены не столько фундаментальным отличием электронов от дырок, сколько отсутствием глубоких уровней, характерных именно для mc-Si p-типа [1]. Например, это уровни, связанные с образованием комплексов В-О и Fe-B. Актуальной альтернативой, снижающей себестоимость кремниевых пластин, является использование металлургического кремния высокой чистоты (UMGSi, 5N-6N) в качестве исходной для выращивания слитков загрузки. Однако, не все присутствующие в нём примеси и не всегда образуют монотонно возрастающий профиль распределения, соответствующий конкретному значению эффективного распределения (<1) конкретной примеси [2]. Помимо начальной концентрации примеси, скорости и формы фронта кристаллизации, процессов в расплаве, необходимо учитывать еще и зёренно-граничную структуру слитка, распределение дислокаций. Неравномерность распределения примесей в mc-Si в существенной мере связана с процессами сегрегации примесей на межзёренных границах общего типа и дислокациях [3]. В настоящей работе мы рассматриваем особенности взаимодействия 19 элементов примесей между собой в зависимости от формируемой макроструктуры слитка. Процессы сегрегации примесей связаны не только с границами общего типа и дислокациями, но и с распределением их в виде микровключений в зёрнах [4]. Причем, микровключения различных составов по-разному влияют на распределение времени жизни ННЗ в объеме слитка мультикремния. А состав микровключения, в свою очередь, связан с кристаллографическими особенностями зерна: более плотноупакованные относительно плоскости фронта кристаллизации зёрна (зёрна с высокой ретикулярной плотностью) существенно меньше содержат микровключений и дислокаций, чем зёрна с более низкой ретикулярной плотностью. Влиять на процессы распределения примесей в процессе кристаллизации, таким образом, представляется возможным благодаря обеспечению особых тепловых и скоростных режимов направленной кристаллизации. Это перспективное направление исследований позволит достичь высокой эффективности фотоэлектропреобразователей на основе мультикремния и существенно снизить их себестоимость за счёт использования в качестве исходного сырья UMG-Si.
{"title":"Распределение примесей в мультикристаллическом кремнии, выращенном\u0000из UMG-кремния методом Бриджмена","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-35","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-35","url":null,"abstract":"В последние годы в технологии фотоэлектрических преобразователей на основе\u0000мультикристаллического кремния (mc-Si) существенной альтернативой стало использование n-типа\u0000проводимости в качестве материала исходной подложки наряду с традиционным р-типом. Показано,\u0000что в слитках n типа высокие значения времени жизни неравновесных носителей заряда (вплоть до 1\u0000мс) обусловлены не столько фундаментальным отличием электронов от дырок, сколько отсутствием\u0000глубоких уровней, характерных именно для mc-Si p-типа [1]. Например, это уровни, связанные с\u0000образованием комплексов В-О и Fe-B. Актуальной альтернативой, снижающей себестоимость\u0000кремниевых пластин, является использование металлургического кремния высокой чистоты (UMGSi, 5N-6N) в качестве исходной для выращивания слитков загрузки. Однако, не все присутствующие в\u0000нём примеси и не всегда образуют монотонно возрастающий профиль распределения,\u0000соответствующий конкретному значению эффективного распределения (<1) конкретной примеси [2].\u0000Помимо начальной концентрации примеси, скорости и формы фронта кристаллизации, процессов в\u0000расплаве, необходимо учитывать еще и зёренно-граничную структуру слитка, распределение\u0000дислокаций. Неравномерность распределения примесей в mc-Si в существенной мере связана с\u0000процессами сегрегации примесей на межзёренных границах общего типа и дислокациях [3]. В\u0000настоящей работе мы рассматриваем особенности взаимодействия 19 элементов примесей между\u0000собой в зависимости от формируемой макроструктуры слитка. Процессы сегрегации примесей\u0000связаны не только с границами общего типа и дислокациями, но и с распределением их в виде\u0000микровключений в зёрнах [4]. Причем, микровключения различных составов по-разному влияют на\u0000распределение времени жизни ННЗ в объеме слитка мультикремния. А состав микровключения, в\u0000свою очередь, связан с кристаллографическими особенностями зерна: более плотноупакованные\u0000относительно плоскости фронта кристаллизации зёрна (зёрна с высокой ретикулярной плотностью)\u0000существенно меньше содержат микровключений и дислокаций, чем зёрна с более низкой\u0000ретикулярной плотностью. Влиять на процессы распределения примесей в процессе кристаллизации,\u0000таким образом, представляется возможным благодаря обеспечению особых тепловых и скоростных\u0000режимов направленной кристаллизации. Это перспективное направление исследований позволит\u0000достичь высокой эффективности фотоэлектропреобразователей на основе мультикремния и\u0000существенно снизить их себестоимость за счёт использования в качестве исходного сырья UMG-Si.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"26 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":"121059902","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}
При разработке новых направлений в создании тепловизионных систем, ориентированных на применение в разнообразных научных исследованиях, следует предусматривать не только техническое совершенствование самих тепловизионных камер и детекторов ИК излучения, но также реализовывать возможность максимального использования современных аппаратных и программных средств автоматизации эксперимента. Интегрирование тепловизионного прибора в автоматизированный измерительный комплекс особенно значимо и актуально сегодня, поскольку при традиционном подходе даже самые совершенные матричные тепловизоры вплоть до настоящего времени привлекаются к экспериментальной работе преимущественно лишь в качестве инструмента, функционирующего независимо и изолированно от от других средств измерений. Это зачастую ограничивает производительность исследований, снижает достоверность и информативность полученных результатов. В настоящей работе представлены результаты, отражающие преимущества современного подхода в области инфракрасной динамической термографии. Тепловизионная камера применена здесь для биомедицинских исследований синхронно с другими диагностическими устройствами. Это позволило полноценно регистрировать и анализировать биофизические характеристики физиологических процессов в организме не в отрыве их друг от друга, а совместно, что увеличило достоверность извлекаемых биоданных. Основным узлом, обеспечивающим автоматизацию эксперимента, является сервер, основные принципы работы которого нами изложены в [1]. Включенные в измерительный комплекс устройства объединены в единую локальную сеть с помощью Ethernet маршрутизатора. Одним из основных блоков, позволяющих конвертировать аналоговые сигналы, поступающие с биодатчиков, в цифровые, служит измерительная система MP100A-CE (Biopac Systems Inc., Santa Barbara, California, USA). На рис. 1 показан пример синхронного применения устройств для измерения электрокардиограммы и пульсовой волны в лучевой артерии (область запястья) с интегрированным в эту систему матричным тепловизором ТКВр-ИФП (ИФП СО РАН, Новосибирск, Россия). С помощью тепловизионной камеры здесь измеряются не только динамические изменения температуры конечностей (на графике не показаны), но также профиль дыхания. Последний прецизионно определяется по температуре сорбционного индикатора тепловизионным методом SEIRT, описанным в [2]. Помимо упомянутых характеристик, в данной живой системе анализируются также другие, расширенный перечень которых приведен в [3].
在研究各种科学研究的新方向时，不应仅仅包括对热摄像机和红外探测器本身的技术改进，而应规定最大限度地利用现代仪器和程序自动化的可能性。热成像设备的集成是特别重要和相关的，因为即使是迄今为止最先进的基质热成像技术，即使是最先进的基质热成像技术也只作为一种独立和独立于其他测量工具的试验性工作。这限制了研究的效率，降低了结果的可信度和信息量。在本工作中，结果反映了区域红外动力学热成像中现代方法的优势。这里的热成像摄像机与其他诊断设备同步用于生物医学研究。这使得完整地记录生物物理过程的归纳，而不是分离它们的生理过程，而是共享，从而提高生物数据的可靠性。提供自定义实验的主要节点是服务器，我们在[1]中概述了工作的基本原则。通过以太网路由器连接到测量综合设备中，并将其合并成一个局部网络。这是将生物传感器上的模拟信号转换成数字服务系统MP100A-CE (Biopac Systems Inc)的主要部件之一。大米。1展示了在桡动脉(手腕区域)测量心电图和脉搏波的同步应用，并用tvr - ef基质热成像系统(novc ran，新西伯利亚，俄罗斯)。热摄像机的作用不仅可以测量温度的动态变化(没有图表显示)，还可以测量呼吸。最后一个是由SEIRT(2)描述的热成像方法决定的。除上述特征外，生命系统还分析了其他列在[3]中的扩展列表。
{"title":"Матричная тепловизионная система, интегрированная в многоканальный\u0000автоматизированный биомедицинский комплекс","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-138","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-138","url":null,"abstract":"При разработке новых направлений в создании тепловизионных систем, ориентированных на\u0000применение в разнообразных научных исследованиях, следует предусматривать не только\u0000техническое совершенствование самих тепловизионных камер и детекторов ИК излучения, но также\u0000реализовывать возможность максимального использования современных аппаратных и программных\u0000средств автоматизации эксперимента. Интегрирование тепловизионного прибора в\u0000автоматизированный измерительный комплекс особенно значимо и актуально сегодня, поскольку при\u0000традиционном подходе даже самые совершенные матричные тепловизоры вплоть до настоящего\u0000времени привлекаются к экспериментальной работе преимущественно лишь в качестве инструмента,\u0000функционирующего независимо и изолированно от от других средств измерений. Это зачастую\u0000ограничивает производительность исследований, снижает достоверность и информативность\u0000полученных результатов.\u0000В настоящей работе представлены\u0000результаты, отражающие преимущества\u0000современного подхода в области\u0000инфракрасной динамической\u0000термографии. Тепловизионная камера\u0000применена здесь для биомедицинских\u0000исследований синхронно с другими\u0000диагностическими устройствами. Это\u0000позволило полноценно регистрировать и\u0000анализировать биофизические\u0000характеристики физиологических\u0000процессов в организме не в отрыве их\u0000друг от друга, а совместно, что увеличило\u0000достоверность извлекаемых биоданных.\u0000Основным узлом, обеспечивающим\u0000автоматизацию эксперимента, является\u0000сервер, основные принципы работы\u0000которого нами изложены в [1].\u0000Включенные в измерительный комплекс\u0000устройства объединены в единую\u0000локальную сеть с помощью Ethernet маршрутизатора. Одним из основных блоков, позволяющих\u0000конвертировать аналоговые сигналы, поступающие с биодатчиков, в цифровые, служит\u0000измерительная система MP100A-CE (Biopac Systems Inc., Santa Barbara, California, USA).\u0000На рис. 1 показан пример синхронного применения устройств для измерения\u0000электрокардиограммы и пульсовой волны в лучевой артерии (область запястья) с интегрированным в\u0000эту систему матричным тепловизором ТКВр-ИФП (ИФП СО РАН, Новосибирск, Россия). С\u0000помощью тепловизионной камеры здесь измеряются не только динамические изменения температуры\u0000конечностей (на графике не показаны), но также профиль дыхания. Последний прецизионно\u0000определяется по температуре сорбционного индикатора тепловизионным методом SEIRT, описанным\u0000в [2]. Помимо упомянутых характеристик, в данной живой системе анализируются также другие,\u0000расширенный перечень которых приведен в [3].","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"20 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":"129268608","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}
Проведен анализ возможности изготовления линейных фотоприемных модулей (ФПМ) длинноволнового инфракрасного (ДВИК) диапазона 8-12,5 мкм большого формата на основе соединения ГЭС КРТ МЛЭ, выращенного на подложках из кремния. Проведен анализ текущего состояния исследований в части крупноформатных ИК приемников, а также вопросов изготовления ДВИК ФПМ в мире и в России. Обоснована необходимость применения в составе фотоприемных устройств (ФПУ) на основе таких ФПМ микрокриогенных систем высокой производительности для охлаждения ниже температуры кипения азота. Рассмотрены основные физические и технологические ограничения, возникающие при создании ДВИК фоточувствительных модулей большого формата. Показано, что неоднородность состава по площади выпускаемых в ИФП СО РАН ГЭС КРТ МЛЭ позволяет изготавливать ФПМ длиной не менее 32 мм. Обсуждается вопрос современной технологии изготовления кремниевых схем считывания (КСС) и показано, что возможно изготовление чипов размером до 16 см, однако с существенным снижением процента выхода годных. Оптимальный максимальный размер КСС составляет от 22 до 32 мм, в зависимости от технологии. Обсуждаются вопросы влияния узкополосных фильтров на однородность сигнала и связанные с этим требования к материалу. Расчетным методом определена зависимость диффузионной длины, темнового и фототока фоточувствительных элементов (ФЧЭ) от электрофизических свойств материала и связанные с этим неоднородности сигнала. Обсуждается польза перехода от планарной технологии к меза-технологии и связанные с этим ограничения. Рассчитано влияние толщины рабочего слоя ГЭС КРТ на значение ДВ границы чувствительности фотодиодов. Проведен анализ величины неоднородности рабочего смещения на диодах. Рассчитано влияние температуры на ДВ границу ФЧЭ. Проведен анализ вопросов гибридизации ФЧЭ и КСС больших размеров и форматов. Показано, что для текущего уровня технологии изготовления гибридных сборок методом flip-chip для ФЧЭ, на основе КРТ на подложках из кремния, возможно изготовления ФПМ размером до 40×40 мм либо линейчатого ФПМ длиной 58 мм. Обсуждается вопрос кривизны подложек из кремния. Проведены экспериментальные исследования возможности изготовления ДВИК ФПМ на основе КРТ на подложках из кремния. Рассмотрены возможности и ограничения традиционной технологии. Обсуждаются возможности оптимизации конструкции ГЭС КРТ для еще большего повышения D*. Величина обнаружительной способности в максимуме спектральной чувствительности D*, с учетом ВЗН, по 4 элементам для ИК ФПМ на основе ГЭС КРТ на подложке из кремния достигает значения 9.2×1010 Гц1/2×см×Вт-1 для спектрального диапазона от 8 до 12,5 мкм при температуре 65К с использованием отсекающего коротковолнового фильтра. Разработаны предложения по созданию ФПМ ИК диапазона на основе ГЭС КРТ на подложках из кремния увеличенной размерности для ДВИК диапазона. Сформулированы дальнейшие направления исследований для повышения характеристик таких ФПМ, а также создания ФПУ на их основе.
分析了长波红外波段8-12 - 2.5 m高格式的线性光电接收模块(pm)的能力，基于基于硅基质的gt - mg。对大型红外接收器的研究现状进行了分析，以及世界上和俄罗斯的fpm制造问题。有理由在光电接收(pcu)中使用这种高性能微低温系统，以低于氮气沸腾温度。研究了大型光敏模块产生的物理和技术限制。结果显示，在lfp中，seo ran gas krt生产的不同成分使ppm至少有32毫米长。关于硅电路(css)的现代技术的讨论已经被讨论过，表明可以制造出高达16厘米的芯片，但有效输出的比例却大幅下降。最优的最大尺寸是22到32毫米，这取决于技术。讨论了窄频带滤波器对信号均匀性的影响以及相关材料需求。计算方法确定了光敏元件的扩散长度、暗光敏元件和光敏电流与材料的电子性质和信号的不均匀性有关的关系。讨论从平面技术到中子技术的转变以及相关的限制的好处。gt的厚度影响了光电二极管敏感边界的dv值。分析了二极管工作位移的不均匀程度。温度对pcr边界的影响。分析了大规模和格式混合的pca和kss问题。在目前的水平上，基于硅基质的flip-chip混合生产技术可能会产生40 40毫米长、58毫米长的碳酸fpm。这是关于硅汤匙弯曲的问题。已经进行了实验研究，以硅基质为基础来制造fpm引擎。传统技术的可能性和局限性已经被考虑。正在讨论优化水力发电的可能性，以提高D*。在65x温度65x下，用于光谱敏感最大值D*的4个元素，即hpm的4个元素。开发出了基于gt的pm红外波段的建议，基于放大波段的基质。进一步的研究已经确定，以提高fpm的特性，并在其基础上创建fpp。
{"title":"Линейчатые фотоприемники формата 288×4 на основе ГЭС КРТ МЛЭ на подложках из\u0000кремния для диапазона 8-12.5 мкм","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-162","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-162","url":null,"abstract":"Проведен анализ возможности изготовления линейных фотоприемных модулей (ФПМ)\u0000длинноволнового инфракрасного (ДВИК) диапазона 8-12,5 мкм большого формата на основе\u0000соединения ГЭС КРТ МЛЭ, выращенного на подложках из кремния. Проведен анализ текущего\u0000состояния исследований в части крупноформатных ИК приемников, а также вопросов изготовления\u0000ДВИК ФПМ в мире и в России. Обоснована необходимость применения в составе фотоприемных\u0000устройств (ФПУ) на основе таких ФПМ микрокриогенных систем высокой производительности для\u0000охлаждения ниже температуры кипения азота.\u0000Рассмотрены основные физические и технологические ограничения, возникающие при создании\u0000ДВИК фоточувствительных модулей большого формата. Показано, что неоднородность состава по\u0000площади выпускаемых в ИФП СО РАН ГЭС КРТ МЛЭ позволяет изготавливать ФПМ длиной не\u0000менее 32 мм. Обсуждается вопрос современной технологии изготовления кремниевых схем\u0000считывания (КСС) и показано, что возможно изготовление чипов размером до 16 см, однако с\u0000существенным снижением процента выхода годных. Оптимальный максимальный размер КСС\u0000составляет от 22 до 32 мм, в зависимости от технологии.\u0000Обсуждаются вопросы влияния узкополосных фильтров на однородность сигнала и связанные с\u0000этим требования к материалу. Расчетным методом определена зависимость диффузионной длины,\u0000темнового и фототока фоточувствительных элементов (ФЧЭ) от электрофизических свойств\u0000материала и связанные с этим неоднородности сигнала. Обсуждается польза перехода от планарной\u0000технологии к меза-технологии и связанные с этим ограничения. Рассчитано влияние толщины\u0000рабочего слоя ГЭС КРТ на значение ДВ границы чувствительности фотодиодов. Проведен анализ\u0000величины неоднородности рабочего смещения на диодах. Рассчитано влияние температуры на ДВ\u0000границу ФЧЭ.\u0000Проведен анализ вопросов гибридизации ФЧЭ и КСС больших размеров и форматов. Показано,\u0000что для текущего уровня технологии изготовления гибридных сборок методом flip-chip для ФЧЭ, на\u0000основе КРТ на подложках из кремния, возможно изготовления ФПМ размером до 40×40 мм либо\u0000линейчатого ФПМ длиной 58 мм. Обсуждается вопрос кривизны подложек из кремния.\u0000Проведены экспериментальные исследования возможности изготовления ДВИК ФПМ на основе\u0000КРТ на подложках из кремния. Рассмотрены возможности и ограничения традиционной технологии.\u0000Обсуждаются возможности оптимизации конструкции ГЭС КРТ для еще большего повышения D*.\u0000Величина обнаружительной способности в максимуме спектральной чувствительности D*, с\u0000учетом ВЗН, по 4 элементам для ИК ФПМ на основе ГЭС КРТ на подложке из кремния достигает\u0000значения 9.2×1010 Гц1/2×см×Вт-1 для спектрального диапазона от 8 до 12,5 мкм при температуре 65К\u0000с использованием отсекающего коротковолнового фильтра.\u0000Разработаны предложения по созданию ФПМ ИК диапазона на основе ГЭС КРТ на подложках из\u0000кремния увеличенной размерности для ДВИК диапазона. Сформулированы дальнейшие направления\u0000исследований для повышения характеристик таких ФПМ, а также создания ФПУ на их основе.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"114 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":"123409442","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}
Двойные p n гетероструктуры (ГС) для лавинных фотодиодов (ЛФД) представляют собой ГС pwg nwg nng nwg (рис.1) или nwg pwg png pwg типов. Такие ГС на основе прямозонных полупроводников позволяют создавать высокоэффективные лавинные гетерофотодиоды (ЛГФД) с разделенными областями поглощения и умножения (РОПУ) [1-3]. Для достижения высоких характеристик ЛГФД параметры ГС должны быть такими, чтобы в рабочем режиме область пространственного заряда (ОПЗ) проникала в ″узкозонный″( ng ), фотопоглощающий слой II, имеющий толщину W2 (рис.1). Одной из основных характеристик ЛФД, в том числе и ЛГФД, является коэффициент размножения фотоносителей M ph . Именно им определяется коэффициент усиления фототока. Обычный способ вычисления зависимости M ph от напряжения на струкутре V основан на численной обработке в каждой конкретной ситуации известных интегральных соотношений [2,4]. Такой способ вычисления трудоемок, особенно при решении сопутствующих задач. В случае ЛГФД с РОПУ такой задачей является вычисление туннельных токов [1,2]. Поэтому весьма ценно иметь аналитические зависимости M (V) ph . За счет слабого, чем 7 E , изменения с напряженностью поля E функции ( / ) 1 ln( / ) ( ) f E этого позволяет добиться соотношение [2, 4] 7 (E) A f (E)E , где (E) и (E) - коэффициенты ударной ионизации электронов и дырок, A - некоторая константа, определяемая фундаментальными параметрами полупроводника [2, 4]. Для гомогенных структур соответствующие выражения получены в работе [5], а для ЛГФД с РОПУ таких выражений до сих пор практически нет. В тоже время они нужны для физического проектирования ЛГФД с РОПУ. Определению искомых зависимостей и посвящен данный доклад.
{"title":"Коэффициенты умножения фотоносителей в лавинных гетерофотодидах с\u0000разделенными областями поглощения и умножения","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-49","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-49","url":null,"abstract":"Двойные\u0000p n\u0000гетероструктуры (ГС) для лавинных фотодиодов (ЛФД) представляют собой ГС\u0000 \u0000pwg nwg nng nwg\u0000(рис.1) или\u0000 \u0000nwg pwg png pwg\u0000типов. Такие ГС на основе прямозонных\u0000полупроводников позволяют создавать высокоэффективные лавинные гетерофотодиоды (ЛГФД) с\u0000разделенными областями поглощения и умножения (РОПУ) [1-3]. Для достижения высоких\u0000характеристик ЛГФД параметры ГС должны быть такими, чтобы в рабочем режиме область\u0000пространственного заряда (ОПЗ) проникала\u0000в ″узкозонный″(\u0000ng\u0000), фотопоглощающий слой II, имеющий\u0000толщину\u0000W2\u0000(рис.1).\u0000Одной из основных характеристик ЛФД, в том числе и\u0000ЛГФД, является коэффициент размножения фотоносителей\u0000M ph\u0000. Именно им определяется коэффициент усиления\u0000фототока. Обычный способ вычисления зависимости\u0000M ph\u0000от\u0000напряжения на струкутре\u0000V\u0000основан на численной\u0000обработке в каждой конкретной ситуации известных\u0000интегральных соотношений [2,4].\u0000Такой способ вычисления трудоемок, особенно при\u0000решении сопутствующих задач. В случае ЛГФД с РОПУ\u0000такой задачей является вычисление туннельных токов [1,2].\u0000Поэтому весьма ценно иметь аналитические зависимости\u0000M (V) ph\u0000. За счет слабого, чем\u00007 E\u0000, изменения с\u0000напряженностью поля\u0000E\u0000функции\u0000( / ) 1\u0000ln( / )\u0000( )\u0000\u0000\u0000 \u0000 \u0000f E\u0000этого\u0000позволяет добиться соотношение [2, 4]\u00007 (E) A f (E)E ,\u0000где\u0000(E)\u0000и\u0000(E) - коэффициенты ударной ионизации\u0000электронов и дырок,\u0000A - некоторая константа, определяемая\u0000фундаментальными параметрами полупроводника [2, 4].\u0000Для гомогенных структур соответствующие выражения получены в работе [5], а для ЛГФД с\u0000РОПУ таких выражений до сих пор практически нет. В тоже время они нужны для физического\u0000проектирования ЛГФД с РОПУ. Определению искомых зависимостей и посвящен данный доклад.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"25 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":"131568738","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}
Одна из важных задач современной фотоники - это реализация новых высокоэффективных фотонных устройств, работа которых основана на взаимодействии света с наноструктурами [1]. Диэлектрические наноструктуры с высоким показателем преломления поддерживают высокодобротные электрические и магнитные резонансы в видимой части спектра [2].Такие диэлектрические нанорезонаторы обладают уникальными свойствами и перспективны для создания на их основе универсальных модулей для управления светом на наномасштабе. Микромассивы, упорядоченных в квадратную решетку, кремниевых нанопилларов (Si НП, от англ. nanopillarнаностолбик) в последние годы привлекают значительный интерес исследователей как один из перспективных вариантов реализации подобных резонансных наносистем [3]. Большинство работ в этой области направлено на исследование изолированных Si НП в воздухе или Si НП, размещенных на подложке с низким показателем преломления, например, на кварцевой подложке [4]. Однако, для многих практических приложений, в частности, для фотовольтаических элементов, Si НП необходимо размещать поверх материала с высоким показателем преломления. В данной работе были экспериментально и теоретически исследованы спектральные характеристики отражения микромассивов Si НП на подложке кремний-на-изоляторе (КНИ) с целью определения связи между геометрическими параметрами структур и особенностями резонансного отражения света от них, выявления факторов, влияющих на подавление распространения волны внутри подложки, и устранения дифракционных эффектов утечки мод в подложку. В работе было проведено численное моделирование отражательных характеристик Si НП с учетом подложки, демонстрирующее характер зависимости резонансных особенностей структуры от её геометрических параметров, а также с учетом подложки КНИ. Исходя из полученных результатов численных оценок, были сформированы микромассивы Si НП различного диаметра и периода в квадратной матрице на КНИ подложке. В рамках экспериментального исследования были измерены спектры отражения от различных микромассивов Si НП в диапазоне длин волн от 400 нм до 1000 нм. Нормировка сигнала проводилась на сигнал от алюминиевого зеркала. В спектрах отражения наблюдались узкие резонансные линии, которые связаны с интерференционными явлениями в верхнем слое кремния, а также с решеточными резонансами.
{"title":"Характеристики отражения света от микромассивов кремниевых нанопилларов,\u0000сформированных на подложках КНИ","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-100","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-100","url":null,"abstract":"Одна из важных задач современной фотоники - это реализация новых высокоэффективных\u0000фотонных устройств, работа которых основана на взаимодействии света с наноструктурами [1].\u0000Диэлектрические наноструктуры с высоким показателем преломления поддерживают\u0000высокодобротные электрические и магнитные резонансы в видимой части спектра [2].Такие\u0000диэлектрические нанорезонаторы обладают уникальными свойствами и перспективны для создания\u0000на их основе универсальных модулей для управления светом на наномасштабе. Микромассивы,\u0000упорядоченных в квадратную решетку, кремниевых нанопилларов (Si НП, от англ. nanopillarнаностолбик) в последние годы привлекают значительный интерес исследователей как один из\u0000перспективных вариантов реализации подобных резонансных наносистем [3]. Большинство работ в\u0000этой области направлено на исследование изолированных Si НП в воздухе или Si НП, размещенных\u0000на подложке с низким показателем преломления, например, на кварцевой подложке [4]. Однако, для\u0000многих практических приложений, в частности, для фотовольтаических элементов, Si НП\u0000необходимо размещать поверх материала с высоким показателем преломления.\u0000В данной работе были экспериментально и\u0000теоретически исследованы спектральные\u0000характеристики отражения микромассивов Si НП на\u0000подложке кремний-на-изоляторе (КНИ) с целью\u0000определения связи между геометрическими\u0000параметрами структур и особенностями резонансного\u0000отражения света от них, выявления факторов,\u0000влияющих на подавление распространения волны\u0000внутри подложки, и устранения дифракционных\u0000эффектов утечки мод в подложку.\u0000В работе было проведено численное моделирование\u0000отражательных характеристик Si НП с учетом\u0000подложки, демонстрирующее характер зависимости\u0000резонансных особенностей структуры от её\u0000геометрических параметров, а также с учетом подложки\u0000КНИ. Исходя из полученных результатов численных\u0000оценок, были сформированы микромассивы Si НП\u0000различного диаметра и периода в квадратной матрице\u0000на КНИ подложке. В рамках экспериментального\u0000исследования были измерены спектры отражения от\u0000различных микромассивов Si НП в диапазоне длин волн от 400 нм до 1000 нм. Нормировка сигнала\u0000проводилась на сигнал от алюминиевого зеркала. В спектрах отражения наблюдались узкие\u0000резонансные линии, которые связаны с интерференционными явлениями в верхнем слое кремния, а\u0000также с решеточными резонансами.","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":"131363910","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}
Жиркин Юрий Васильевич, Мироненков Евгений Иванович, Дудоров Евгений Александрович, Резванов Сергей Борисович
В последние несколько десятилетий основная часть практически важных разработок в области приёмников инфракрасного излучения фокусировалась на улучшения архитектуры фотоприёмных устройств и поиске новых подходов к обработке сигналов, в части же химии чувствительных материалов наибольшее внимание уделялось оптимизации уже известных составов и соединений. Работы по улучшению фотоприемников во многом ограничиваются физическими свойствами, накладываемыми уже используемыми широко известными чувствительными материалами. Поиск и развитие новых фоточувствительных материалов открывает ранее неиспользованное пространство для развития фотосенсорики. Однако, с точки зрения промышленного внедрения переход на новую компонентную базу и смена чувствительных материалов является наиболее затратным этапом улучшения технологии производства, так как требует значительных средств на смену оборудования и времени на отладку технологии, следовательно, целесообразность таких изменений должна быть вызвана значимыми преимуществами новых материалов. В настоящее время наибольшее внимание исследователей привлечено изучению возможностей наноструктурирования материалов и использованию 0D, 1D и 2D наноматериалов в качестве новых фотосенсорных материалов [1]. Значительные результаты в последние несколько лет достигнуты в исследовании 2D наноструктурированных материалов, таких как графен, однослойные дихалькогениды переходных металлов и фосфорен (материал на основе черного фосфора включающий несколько атомных слоев) [2]. Наиболее изученными из двумерных материалов являются графен и однослойные дихалькогениды переходных металлов, однако значительные успехи уже достигнуты и для материалов на основе других двумерных наноструктур, в частности, черного фосфора, благодаря высокой подвижности носителей заряда и широким возможностям управления шириной запрещенной зоны, а также анизотропии свойств [3,4]. Однако кроме графена, дихалькогенидов переходных металлов и черного фосфора на сегодняшний день известно уже несколько сотен двумерных материалов, в том числе их комбинации в виде Ван дер Ваальсовых гетеростурктур, также перспективных для создания фотодетекторов [5-8]. Согласно расчётам и уже опубликованным в литературе практическим результатам двумерные фоточувствительные материалы открывают возможности создания неохлаждаемых фотоприёмных устройств на средний и дальний ИК диапазон, а также устройств с перестраиваемой спектральной чувствительностью [9-10]. Рассмотренное в докладе многообразие материалов и широкие возможности их комбинирования в гетероструктурах ставят вопрос выстраивания методологии отбора материалов, в том числе с использованием квантово-химических методов расчёта с целью обоснования подхода для создания фоточувствительных элементов для нового поколения фотоприёмных устройств.
{"title":"Новые материалы для фотоэлектроники на основе двумерных наноструктур","authors":"Жиркин Юрий Васильевич, Мироненков Евгений Иванович, Дудоров Евгений Александрович, Резванов Сергей Борисович","doi":"10.34077//rcsp2019-17","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077//rcsp2019-17","url":null,"abstract":"В последние несколько десятилетий основная часть практически важных разработок в области\u0000приёмников инфракрасного излучения фокусировалась на улучшения архитектуры фотоприёмных\u0000устройств и поиске новых подходов к обработке сигналов, в части же химии чувствительных\u0000материалов наибольшее внимание уделялось оптимизации уже известных составов и соединений.\u0000Работы по улучшению фотоприемников во многом ограничиваются физическими свойствами,\u0000накладываемыми уже используемыми широко известными чувствительными материалами. Поиск и\u0000развитие новых фоточувствительных материалов открывает ранее неиспользованное пространство\u0000для развития фотосенсорики. Однако, с точки зрения промышленного внедрения переход на новую\u0000компонентную базу и смена чувствительных материалов является наиболее затратным этапом\u0000улучшения технологии производства, так как требует значительных средств на смену оборудования и\u0000времени на отладку технологии, следовательно, целесообразность таких изменений должна быть\u0000вызвана значимыми преимуществами новых материалов.\u0000В настоящее время наибольшее внимание исследователей привлечено изучению возможностей\u0000наноструктурирования материалов и использованию 0D, 1D и 2D наноматериалов в качестве новых\u0000фотосенсорных материалов [1]. Значительные результаты в последние несколько лет достигнуты в\u0000исследовании 2D наноструктурированных материалов, таких как графен, однослойные\u0000дихалькогениды переходных металлов и фосфорен (материал на основе черного фосфора\u0000включающий несколько атомных слоев) [2]. Наиболее изученными из двумерных материалов\u0000являются графен и однослойные дихалькогениды переходных металлов, однако значительные успехи\u0000уже достигнуты и для материалов на основе других двумерных наноструктур, в частности, черного\u0000фосфора, благодаря высокой подвижности носителей заряда и широким возможностям управления\u0000шириной запрещенной зоны, а также анизотропии свойств [3,4]. Однако кроме графена,\u0000дихалькогенидов переходных металлов и черного фосфора на сегодняшний день известно уже\u0000несколько сотен двумерных материалов, в том числе их комбинации в виде Ван дер Ваальсовых\u0000гетеростурктур, также перспективных для создания фотодетекторов [5-8]. Согласно расчётам и уже\u0000опубликованным в литературе практическим результатам двумерные фоточувствительные материалы\u0000открывают возможности создания неохлаждаемых фотоприёмных устройств на средний и дальний\u0000ИК диапазон, а также устройств с перестраиваемой спектральной чувствительностью [9-10].\u0000Рассмотренное в докладе многообразие материалов и широкие возможности их комбинирования в\u0000гетероструктурах ставят вопрос выстраивания методологии отбора материалов, в том числе с\u0000использованием квантово-химических методов расчёта с целью обоснования подхода для создания\u0000фоточувствительных элементов для нового поколения фотоприёмных устройств.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"10 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":"130491322","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}
Пленки HfxTi1-xO2 (0≤x≤1) являются перспективным high-k диэлектриком для КМОП-технологий и создания оптоэлектронных систем фотоники. Комбинирование соотношения Hf:Ti в пленке позволяет перестраивать значения диэлектрической проницаемости и ширины запрещенной зоны в зависимости от концентрации Hf и Ti. Ввиду изовалентности Hf и Ti ожидается, что при допировании не должно возникать высокой концентрации вакансий кислорода, являющихся причиной токов утечки. Перспективы использования пленок HfxTi1-xO2 в оптоэлектронных приборах описаны в работе [1]. Пленки HfxTi(1-x)O2 получены в данной работе методом молекулярного наслаивания на установке Sunale R-200 Picosun OY, Finland. В качестве предшественников использовались тетракис (этилметиламид) гафния (IV) [Hf(NC2H5CH3)4, общепринятое сокращение – TEMAH] и тетрахлорид титана (IV) [TiCl4] в комбинации с парами H2O. Последовательное проведение циклов наслаивания компонентов в заданном соотношении m/n (m, n - Hf, Ti-содержащие компоненты) получена серия пленок толщиной d~50 нм с соотношением m:n = 1:0, 1:5, 1:3, 1:1, 3:1, 5:1, 0:1 [2]. Данные рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) показывают, что отношение содержания элементов в пленках близко к отношению m/n (см. табл. 1). Дисперсионные зависимости показателя преломления, n(E) и коэффициента экстинкции k(E) пленок HfxTi(1-x)O2 рассчитывались по данным спектральной эллипсометрии. Для этого спектральные зависимости эллипсометрических параметров Ψ(E) и Δ(E) измерялись на спектральном эллипсометре “ELLIPS-1991” в диапазоне энергий фотонов 1.12-4.96 эВ. Дальнейший расчет зависимостей n(E) и k(E) проводился в приближении модели однослойной отражающей системы с использованием дисперсионной модели Таука-Лорентца [3]. Эллипсометрические измерения и расчеты показали, что при величинах энергии фотона E < 3 эВ исследованные в работе пленки TiO2, HfO2 и HfxTi(1-x)O2 могут рассматриваться как прозрачные, тогда как при E > 3 эВ в пленках становится заметно поглощение света. Величины показателя преломления, n закономерно увеличиваются с увеличением содержания Ti в пленках в пределах 2.08-2.46 (см. табл. 1). Оценка ширины запрещенной зоны, Eg из данных 2-х осцилляторной модели Таук-Лорентца показывает ее изменение в широких пределах от HfO2 (5.49 эВ) до TiO2 (3.32 эВ).
{"title":"Оптические свойства тонких слоев HfxTi1-xO2 (1","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-108","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-108","url":null,"abstract":"Пленки HfxTi1-xO2 (0≤x≤1) являются перспективным high-k диэлектриком для КМОП-технологий и\u0000создания оптоэлектронных систем фотоники. Комбинирование соотношения Hf:Ti в пленке\u0000позволяет перестраивать значения диэлектрической проницаемости и ширины запрещенной зоны в\u0000зависимости от концентрации Hf и Ti. Ввиду изовалентности Hf и Ti ожидается, что при допировании\u0000не должно возникать высокой концентрации вакансий кислорода, являющихся причиной токов\u0000утечки. Перспективы использования пленок HfxTi1-xO2 в оптоэлектронных приборах описаны в работе\u0000[1].\u0000Пленки HfxTi(1-x)O2 получены в данной работе методом молекулярного наслаивания на установке\u0000Sunale R-200 Picosun OY, Finland. В качестве предшественников использовались тетракис\u0000(этилметиламид) гафния (IV) [Hf(NC2H5CH3)4, общепринятое сокращение – TEMAH] и тетрахлорид\u0000титана (IV) [TiCl4] в комбинации с парами H2O. Последовательное проведение циклов наслаивания\u0000компонентов в заданном соотношении m/n (m, n - Hf, Ti-содержащие компоненты) получена серия\u0000пленок толщиной d~50 нм с соотношением m:n = 1:0, 1:5, 1:3, 1:1, 3:1, 5:1, 0:1 [2].\u0000Данные рентгеновской фотоэлектронной\u0000спектроскопии (РФЭС) показывают, что\u0000отношение содержания элементов в пленках\u0000близко к отношению m/n (см. табл. 1).\u0000Дисперсионные зависимости показателя\u0000преломления, n(E) и коэффициента экстинкции\u0000k(E) пленок HfxTi(1-x)O2 рассчитывались по\u0000данным спектральной эллипсометрии. Для\u0000этого спектральные зависимости\u0000эллипсометрических параметров Ψ(E) и Δ(E)\u0000измерялись на спектральном эллипсометре “ELLIPS-1991” в диапазоне энергий фотонов 1.12-4.96 эВ.\u0000Дальнейший расчет зависимостей n(E) и k(E) проводился в приближении модели однослойной\u0000отражающей системы с использованием дисперсионной модели Таука-Лорентца [3].\u0000Эллипсометрические измерения и расчеты показали, что при величинах энергии фотона E < 3 эВ\u0000исследованные в работе пленки TiO2, HfO2 и HfxTi(1-x)O2 могут рассматриваться как прозрачные, тогда\u0000как при E > 3 эВ в пленках становится заметно поглощение света. Величины показателя преломления,\u0000n закономерно увеличиваются с увеличением содержания Ti в пленках в пределах 2.08-2.46 (см. табл.\u00001). Оценка ширины запрещенной зоны, Eg из данных 2-х осцилляторной модели Таук-Лорентца\u0000показывает ее изменение в широких пределах от HfO2 (5.49 эВ) до TiO2 (3.32 эВ).","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":"129941080","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}
Ранее было показано, что мягкое рентгеновское излучение (МРИ) вызывает модификацию состояния поверхности монокристаллов и эпитаксиальных слоев твердых растворов CdxHg1-xTe, включая изменение поверхностной концентрации носителей заряда и плотности поверхностных состояний [1],что связано, по-видимому, с генерацией поверхностных дефектов в слое материала, сопоставимого с глубиной проникновения излучения (1-2мкм). При этом механизм дефектообразования под действием рентгеновского излучения связывается с релаксацией электронных возбуждений [2]. Нами предлагается несколько иная модель этого процесса. Первичный эффект при поглощении кванта МРИ приводит к ионизации электрона внутренней оболочки и переводу соответствующего иона в возбужденное состояние. Нами впервые принято во внимание, что при облучении МРИ образцов CdxHg1-xTe наблюдается интенсивный внешний фотоэффект [1], сопровождаемый выходом фото-, Оже- и вторичных электронов (рис.1), приводящий за время порядка 20 нс (длительность рентгеновского импульса) в приповерхностной области глубиной около 1.5 мкм к генерации импульса электрического поля с амплитудным значением напряженности около 107В/м. В условиях наших экспериментов следует ожидать резонансного возбуждение ионов Hg, равновесному положению которых в катионной подрешетке соответствуют минимумы их потенциальной энергии. В этом приближении глубина потенциальной ямы для катиона соответствует энергии его связи, при сообщении которой он может покинуть регулярный узел с образованием точечного эффекта. Рассчитанные в [3] значения энергии потенциальных минимумов для Cd0.25Hg0.75Te составляет 0.944эВ для связи Cd – Te и 0.048эВ для Hg–Te. Будем считать действие наведенного за счет фотоэмиссии поля на ион с удаленным из внутренней оболочки электроном как дополнительное возмущение, действующее на ион, совершающий тепловые колебания относительно положения равновесия, определяемого минимумом потенциальной ямы. Энергия, сообщаемая внешним полем такому иону, может быть оценена как q E x 1.510-2 эВ (здесь q=3е – заряд дополнительно однократно ионизированного МРИ иона, E =107 В/м – напряженность наведенного поля, x – смещение от положения равновесия,). В совокупности с тепловой энергией колебаний энергия возмущения возбужденного иона составляет 0.041эВ, что сопоставимо с глубиной потенциальной ямы. Таким образом, влияние наведенного фотоэмиссией поля достаточно для генерации точечного дефекта при наличии иона Hg с возбужденной внутренней оболочкой. Отметим, что при двукратной ионизации внутренней оболочки иона суммарная его энергия превышает глубину ямы.
{"title":"Модель дефектообразования в Cdx Hg1-xTe под действием мягкого\u0000рентгеновского излучении","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-130","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-130","url":null,"abstract":"Ранее было показано, что мягкое рентгеновское излучение (МРИ) вызывает модификацию\u0000состояния поверхности монокристаллов и эпитаксиальных слоев твердых растворов CdxHg1-xTe,\u0000включая изменение поверхностной концентрации носителей заряда и плотности поверхностных\u0000состояний [1],что связано, по-видимому, с генерацией поверхностных дефектов в слое материала,\u0000сопоставимого с глубиной проникновения излучения (1-2мкм). При этом механизм\u0000дефектообразования под действием рентгеновского излучения связывается с релаксацией\u0000электронных возбуждений [2]. Нами предлагается несколько иная модель этого процесса.\u0000Первичный эффект при поглощении кванта МРИ приводит к ионизации электрона внутренней\u0000оболочки и переводу соответствующего иона в возбужденное состояние. Нами впервые принято во\u0000внимание, что при облучении МРИ образцов CdxHg1-xTe наблюдается интенсивный внешний\u0000фотоэффект [1], сопровождаемый выходом фото-, Оже- и вторичных электронов (рис.1), приводящий\u0000за время порядка 20 нс (длительность рентгеновского импульса) в приповерхностной области\u0000глубиной около 1.5 мкм к генерации импульса электрического поля с амплитудным значением\u0000напряженности около 107В/м.\u0000В условиях наших экспериментов следует ожидать резонансного возбуждение ионов Hg,\u0000равновесному положению которых в катионной подрешетке соответствуют минимумы их\u0000потенциальной энергии. В этом приближении глубина потенциальной ямы для катиона\u0000соответствует энергии его связи, при сообщении которой он может покинуть регулярный узел с\u0000образованием точечного эффекта. Рассчитанные в [3] значения энергии потенциальных минимумов\u0000для Cd0.25Hg0.75Te составляет 0.944эВ для связи Cd – Te и 0.048эВ для Hg–Te. Будем считать\u0000действие наведенного за счет фотоэмиссии поля на ион с удаленным из внутренней оболочки\u0000электроном как дополнительное возмущение, действующее на ион, совершающий тепловые\u0000колебания относительно положения равновесия, определяемого минимумом потенциальной ямы.\u0000Энергия, сообщаемая внешним полем такому иону, может быть оценена как q E x 1.510-2\u0000эВ\u0000(здесь q=3е – заряд дополнительно однократно ионизированного МРИ иона, E =107 В/м –\u0000напряженность наведенного поля, x – смещение от положения равновесия,). В совокупности с\u0000тепловой энергией колебаний энергия возмущения возбужденного иона составляет 0.041эВ, что\u0000сопоставимо с глубиной потенциальной ямы. Таким образом, влияние наведенного фотоэмиссией\u0000поля достаточно для генерации точечного дефекта при наличии иона Hg с возбужденной внутренней\u0000оболочкой. Отметим, что при двукратной ионизации внутренней оболочки иона суммарная его\u0000энергия превышает глубину ямы.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"59 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":"133819525","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}
Александр Николаевич Акимов, А. Голяшов, Дмитрий Владимирович Ищенко, Н. С. Пащин, С.П. Супрун, Александр Сергеевич Тарасов, О. Е. Терещенко, В. Н. Шерстякова, В.С. Эпов
Рассмотрены особенности фоточувствительности структур на основе пленок узкозонного твердого раствора PbSnTe:In, полученных методом МЛЭ на подложках (111)BaF2. Исследованы образцы с содержанием SnTe ~ 24-32 %, для которых при гелиевых температурах в отсутствие освещения наблюдалось полу-изолирующее состояние [1]. Спектральная чувствительность в ИК области определяется межзонными переходами в условиях захвата одного типа неравновесных носителей заряда на локализованные состояния. Рассмотрены экспериментальные результаты по ИК чувствительности PbSnTe:In МДП-структур (диэлектрик - полипропиленовая пленка толщиной 8 мкм, величина затворного напряжения - до ±1250 В), в которых проводимость n + -i-n + канала c длиной iобласти 50 мкм определяется токами, ограниченными пространственным зарядом (ТОПЗ). Из приведенного рисунка видно, что поведение темнового и фототока качественно различно для разных полярностей затворного напряжения Uзатв. Так, в момент () для (+) наблюдалась отрицательная фотопроводимость с уменьшением тока примерно в 100 раз, тогда как для (-) фототок возрастал монотонно. Для (-) в области t > 880 с (уменьшение Uзатв) «всплеск» тока для (-) примерно в 100 раз больше по величине и существенно отличается по форме от (+). Это свидетельствует о существенном влиянии на ИК фотопроводимость локализованных состояний, расположенных на поверхности или вблизи нее, что находится в согласии с данными по влиянию химической обработки поверхности на ИК фотопроводимость [2]. Приведены экспериментальные данные по фоточувствительности структур на основе PbSnTe:In в ТГц диапазоне спектра в различных режимах. Полученные результаты анализируются на основе представлений о сложном энергетическом спектре локализованных состояний, которые могут заполняться как при освещении в фундаментальной области поглощения, так и за счет инжекции из контактов в режиме ТОПЗ.
{"title":"Локализованные состояния и фоточувствительность пленок PbSnTe:In\u0000в ИК и ТГц областях спектра","authors":"Александр Николаевич Акимов, А. Голяшов, Дмитрий Владимирович Ищенко, Н. С. Пащин, С.П. Супрун, Александр Сергеевич Тарасов, О. Е. Терещенко, В. Н. Шерстякова, В.С. Эпов","doi":"10.34077/rcsp2019-34","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-34","url":null,"abstract":"Рассмотрены особенности фоточувствительности структур на основе пленок узкозонного твердого\u0000раствора PbSnTe:In, полученных методом МЛЭ на подложках (111)BaF2. Исследованы образцы с\u0000содержанием SnTe ~ 24-32 %, для которых при гелиевых температурах в отсутствие освещения\u0000наблюдалось полу-изолирующее состояние [1].\u0000Спектральная чувствительность в ИК области\u0000определяется межзонными переходами в условиях\u0000захвата одного типа неравновесных носителей заряда\u0000на локализованные состояния. Рассмотрены\u0000экспериментальные результаты по ИК\u0000чувствительности PbSnTe:In МДП-структур\u0000(диэлектрик - полипропиленовая пленка толщиной 8\u0000мкм, величина затворного напряжения - до ±1250 В),\u0000в которых проводимость n\u0000+\u0000-i-n\u0000+\u0000канала c длиной iобласти 50 мкм определяется токами,\u0000ограниченными пространственным зарядом (ТОПЗ).\u0000Из приведенного рисунка видно, что поведение\u0000темнового и фототока качественно различно для\u0000разных полярностей затворного напряжения Uзатв.\u0000Так, в момент () для (+) наблюдалась\u0000отрицательная фотопроводимость с уменьшением\u0000тока примерно в 100 раз, тогда как для (-) фототок\u0000возрастал монотонно. Для (-) в области t > 880 с\u0000(уменьшение Uзатв) «всплеск» тока для (-)\u0000примерно в 100 раз больше по величине и\u0000существенно отличается по форме от (+). Это\u0000свидетельствует о существенном влиянии на ИК\u0000фотопроводимость локализованных состояний, расположенных на поверхности или вблизи нее, что\u0000находится в согласии с данными по влиянию химической обработки поверхности на ИК\u0000фотопроводимость [2]. Приведены экспериментальные данные по фоточувствительности структур на\u0000основе PbSnTe:In в ТГц диапазоне спектра в различных режимах. Полученные результаты\u0000анализируются на основе представлений о сложном энергетическом спектре локализованных\u0000состояний, которые могут заполняться как при освещении в фундаментальной области поглощения,\u0000так и за счет инжекции из контактов в режиме ТОПЗ.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"99 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":"130017214","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：