Фоточувствительность плёнок Pb1-xSnxTe:In с х0,3 (кр. 46мкм) в ИК области определяется как фундаментальным поглощением [1], так и наличием локализованных состояний в запрещённой зоне [2, 3], что позволяет продвинуться в более длинноволновую область спектра. При создании фотоприёмных структур на основе тонких плёнок большое значение имеет определение влияния поверхности на фоточувствительность при различных химических и технологических обработках поверхности. При Т = 4,2 К были исследованы легированные In эпитаксиальные слои Pb1-xSnxTe/BaF2 с составом 0,28 ≤ х ≤ 0,32 (толщиной d ≈ 1 мкм) и концентрацией In (0,5 – 3) ат. %, которые при Т < 20 K имеют низкую проводимость, сравнимую с диалектиками. Источником освещения служили светодиодом с λ = 0,63 мкм и абсолютно чёрное тело. Химическая обработка поверхности проводилась в растворе изопропилового спирта, насыщенного парами соляной кислоты. Картины дифракции быстрых электронов (ДБЭ) были получены в камере МЛЭ «Катунь» при давлении Р = 2∙10-6 Па. Физикохимическое состояние поверхности исследовалось методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Картины ДБЭ и спектры РФЭС были получены для исходной поверхности, после отжига до температуры ~ 350 °С, после обработки в травителе, а также при последовательной обработке в травителе и отжиге в вакууме до температуры ~ 350 °С. Обнаружено, что обработка поверхности сильно влияет на вольтамперные характеристики (ВАХ) и временные зависимости фототока. Наблюдалось возрастание темнового тока до 105 раз при напряжении смещения 1 В. Величина фототока также возрастала. Качественно и количественно изменялись временные зависимости фототока. При выдержке образцов на воздухе в течение нескольких дней ВАХ-и и временные зависимости тока возвращались к значениям до обработки поверхности. На рисунке представлены временные зависимости фототока до (1), сразу после химической обработки поверхности (2), через двое (3), трое (4) и пять (5) суток и характерные постоянные времени нарастания фототока. Стрелкой показан момент включения освещения. Результаты измерений сопоставлены с данными РФЭС по составу поверхности плёнок в зависимости от её обработки. Показано, что изменения фотопроводимости могут быть обусловлены изменением состояния поверхности, вызванного удалением собственного окисла и нарушением стехиометрии состава вблизи поверхности.
{"title":"Влияние поверхности на фотопроводимость плёнок Pb1-xSnxTe:In\u0000с составом 0,28 ≤ х ≤ 0,32","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-64","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-64","url":null,"abstract":"Фоточувствительность плёнок Pb1-xSnxTe:In с х0,3 (кр. 46мкм) в ИК области определяется как\u0000фундаментальным поглощением [1], так и наличием локализованных состояний в запрещённой зоне\u0000[2, 3], что позволяет продвинуться в более длинноволновую область спектра. При создании\u0000фотоприёмных структур на основе тонких плёнок большое значение имеет определение влияния\u0000поверхности на фоточувствительность при различных химических и технологических обработках\u0000поверхности.\u0000При Т = 4,2 К были исследованы легированные In эпитаксиальные слои Pb1-xSnxTe/BaF2 с составом\u00000,28 ≤ х ≤ 0,32 (толщиной d ≈ 1 мкм) и концентрацией In (0,5 – 3) ат. %, которые при Т < 20 K имеют\u0000низкую проводимость, сравнимую с диалектиками. Источником освещения служили светодиодом с λ\u0000= 0,63 мкм и абсолютно чёрное тело. Химическая обработка поверхности проводилась в растворе\u0000изопропилового спирта, насыщенного парами соляной кислоты. Картины дифракции быстрых\u0000электронов (ДБЭ) были получены в камере МЛЭ «Катунь» при давлении Р = 2∙10-6 Па. Физикохимическое состояние поверхности исследовалось методом рентгеновской фотоэлектронной\u0000спектроскопии (РФЭС). Картины ДБЭ и спектры РФЭС были получены для исходной поверхности,\u0000после отжига до температуры ~ 350 °С, после обработки в травителе, а также при последовательной\u0000обработке в травителе и отжиге в вакууме до температуры ~ 350 °С.\u0000Обнаружено, что обработка поверхности сильно влияет на вольтамперные характеристики (ВАХ)\u0000и временные зависимости фототока. Наблюдалось возрастание темнового тока до 105\u0000раз при\u0000напряжении смещения 1 В. Величина фототока\u0000также возрастала. Качественно и количественно\u0000изменялись временные зависимости фототока.\u0000При выдержке образцов на воздухе в течение\u0000нескольких дней ВАХ-и и временные\u0000зависимости тока возвращались к значениям до\u0000обработки поверхности. На рисунке\u0000представлены временные зависимости фототока\u0000до (1), сразу после химической обработки\u0000поверхности (2), через двое (3), трое (4) и пять\u0000(5) суток и характерные постоянные времени\u0000нарастания фототока. Стрелкой показан момент\u0000включения освещения.\u0000Результаты измерений сопоставлены с\u0000данными РФЭС по составу поверхности плёнок\u0000в зависимости от её обработки.\u0000Показано, что изменения фотопроводимости могут быть обусловлены изменением состояния\u0000поверхности, вызванного удалением собственного окисла и нарушением стехиометрии состава\u0000вблизи поверхности.","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":"115187320","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}
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}
Разработаны основы технологических процессов изготовления p - n переходов с использованием процесса имплантации ионов As+ с последующими активационным и восстанавливающим отжигами. По этой технологии были изготовлены экспериментальные образцы ФП на основе гетероэпитаксиальных структур слоев теллурида кадмия и ртути, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (ГЭС КРТ МЛЭ). Для сравнения параметров фотодиодов на основе p на n переходов были изготовлены также образцы фотодиодов на основе n на p переходов по традиционной технологии с использованием имплантации ионами B + . После изготовления фотодиодов были исследованы температурные зависимости темновых токов и фототоков. Было обнаружено, что новая технология позволяет работать в режиме ограничения фоном при повышенных температурах до 105K для фотодиодов с длинноволновой границей чувствительности 11,2 мкм при 77К (рис.1). Проведен расчет температурной зависимости разности температур эквивалентной шуму (NETD) для ФД с измеренными параметрами, с ограниченной площадью рабочего слоя Ad=30×30 мкм2 при учете только теплового шума Джонсона – Найквиста и фотонного шума ФД. Использование p-на-n технологии изготовления фотодиодов на основе ГЭС КРТ МЛЭ с длинноволновой границей чувствительности λcut = 10,3 мкм, позволяет повысить рабочую температуру примерно на 25 К, а для фотодиодов с длинноволновой границей чувствительности λcut = 11,2 мкм примерно на 20К без заметного ухудшения NETD (рис.2). Таким образом, использование p-на-n технологии изготовления фотодиодов на основе ГЭС КРТ МЛЭ для спектрального диапазона 8-11 мкм позволяет повысить рабочую температуру примерно на 20 К без заметного ухудшения NETD. Повышение рабочей температуры позволяет повысить рабочий ресурс микрокриогенных систем, снизить их массу и габариты, а также стоимость фотоприемного модуля в целом.
{"title":"Формирование фотодиодов на основе p-n переходов в слоях ГЭС КРТ МЛЭ\u0000для спектрального диапазона 8-11 мкм.","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-62","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-62","url":null,"abstract":"Разработаны основы технологических процессов изготовления p - n переходов с использованием\u0000процесса имплантации ионов As+\u0000с последующими активационным и восстанавливающим отжигами.\u0000По этой технологии были изготовлены экспериментальные образцы ФП на основе\u0000гетероэпитаксиальных структур слоев теллурида кадмия и ртути, выращенных методом\u0000молекулярно-лучевой эпитаксии (ГЭС КРТ МЛЭ). Для сравнения параметров фотодиодов на основе p\u0000на n переходов были изготовлены также образцы фотодиодов на основе n на p переходов по\u0000традиционной технологии с использованием имплантации ионами B\u0000+\u0000. После изготовления\u0000фотодиодов были исследованы температурные зависимости темновых токов и фототоков. Было\u0000обнаружено, что новая технология позволяет работать в режиме ограничения фоном при\u0000повышенных температурах до 105K для фотодиодов с длинноволновой границей чувствительности\u000011,2 мкм при 77К (рис.1). Проведен расчет температурной зависимости разности температур\u0000эквивалентной шуму (NETD) для ФД с измеренными параметрами, с ограниченной площадью\u0000рабочего слоя Ad=30×30 мкм2\u0000при учете только теплового шума Джонсона – Найквиста и фотонного\u0000шума ФД. Использование p-на-n технологии изготовления фотодиодов на основе ГЭС КРТ МЛЭ с\u0000длинноволновой границей чувствительности λcut = 10,3 мкм, позволяет повысить рабочую\u0000температуру примерно на 25 К, а для фотодиодов с длинноволновой границей чувствительности λcut =\u000011,2 мкм примерно на 20К без заметного ухудшения NETD (рис.2).\u0000Таким образом, использование p-на-n технологии изготовления фотодиодов на основе ГЭС КРТ\u0000МЛЭ для спектрального диапазона 8-11 мкм позволяет повысить рабочую температуру примерно на\u000020 К без заметного ухудшения NETD. Повышение рабочей температуры позволяет повысить рабочий\u0000ресурс микрокриогенных систем, снизить их массу и габариты, а также стоимость фотоприемного\u0000модуля в целом.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"74 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":"115717741","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 компактные атомные сенсоры (компактные атомные часы, гироскопы на ядерном магнитном резонансе, миниатюрные магнетометры) являются предметом большого количества исследований, в том числе в связи с возможностью из применения в компактных системах навигации. В данных устройствах используются эффекты взаимодействия оптического излучения с тонкой структурой энергетических уровней в атомах газов щелочных металлов (рубидия или цезия) [1]. При этом в качестве источников излучения используются компактные полупроводниковые вертикально-излучающие лазеры, к параметрам которых предъявляются жесткие требования. Например, при использовании в компактных атомных часах кроме точного попадания в требуемую спектральную линию (например, D1 133 изотопа цезия (894.3 нм), излучение такого лазера должно быть одномодовым с коэффициентом подавления боковых мод более 20 дБ, линейно поляризованным с коэффициентом подавления ортогональной поляризации более 15 дБ, иметь ширину линии менее 100 МГц, ширина полосы частот эффективной модуляции лазера должна превышать 5 ГГц, а типичный диапазон рабочих температур составляет 60 – 90 ͦС. В настоящей работе для создания вертикально-излучающих лазеров использовалась структура с нелегированными распределенными брэгговскими отражателями, внутрирезонаторными контактами и активной областью на основе InGaAs квантовых ям, выращенная методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Стабилизация направления поляризации излучения, показанная на рис.1, обеспечивалась ромбовидной формой токовой апертурой, получаемой при селективном окислением в парах воды слоя AlGaAs специальной конструкции [2]. Созданные лазеры демонстрируют высокую выходную мощность в одномодовом режиме с фиксированной поляризацией (более 1 мВт), пороговый ток менее 1 мА, эффективную частоту модуляции более 5 ГГц и ширину линии излучения менее 60 МГц при температурах 65 – 75 ͦС. Достигнутые характеристики обеспечивают возможность эффективного применения разработанных лазеров в компактных атомных сенсорах.
{"title":"Полупроводниковые вертикально-излучающие лазеры\u0000для компактных атомных сенсоров","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-78","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-78","url":null,"abstract":"В последние годы компактные атомные сенсоры (компактные атомные часы, гироскопы на\u0000ядерном магнитном резонансе, миниатюрные магнетометры) являются предметом большого\u0000количества исследований, в том числе в связи с возможностью из применения в компактных\u0000системах навигации. В данных устройствах используются эффекты взаимодействия оптического\u0000излучения с тонкой структурой энергетических уровней в атомах газов щелочных металлов (рубидия\u0000или цезия) [1]. При этом в качестве источников излучения используются компактные\u0000полупроводниковые вертикально-излучающие лазеры, к параметрам которых предъявляются жесткие\u0000требования. Например, при использовании в компактных атомных часах кроме точного попадания в\u0000требуемую спектральную линию (например, D1 133 изотопа цезия (894.3 нм), излучение такого лазера\u0000должно быть одномодовым с коэффициентом подавления боковых мод более 20 дБ, линейно\u0000поляризованным с коэффициентом подавления ортогональной поляризации более 15 дБ, иметь\u0000ширину линии менее 100 МГц, ширина полосы частот эффективной модуляции лазера должна\u0000превышать 5 ГГц, а типичный диапазон рабочих температур составляет 60 – 90 ͦС.\u0000В настоящей работе для создания вертикально-излучающих лазеров использовалась структура с\u0000нелегированными распределенными брэгговскими отражателями, внутрирезонаторными контактами\u0000и активной областью на основе InGaAs квантовых ям, выращенная методом молекулярно-пучковой\u0000эпитаксии. Стабилизация направления поляризации излучения, показанная на рис.1, обеспечивалась\u0000ромбовидной формой токовой апертурой, получаемой при селективном окислением в парах воды\u0000слоя AlGaAs специальной конструкции [2]. \u0000Созданные лазеры демонстрируют высокую выходную мощность в одномодовом режиме с\u0000фиксированной поляризацией (более 1 мВт), пороговый ток менее 1 мА, эффективную частоту\u0000модуляции более 5 ГГц и ширину линии излучения менее 60 МГц при температурах 65 – 75 ͦС.\u0000Достигнутые характеристики обеспечивают возможность эффективного применения разработанных\u0000лазеров в компактных атомных сенсорах.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"12 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":"116452128","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 более чем пятидесятилетнюю историю развития фотоэмиттеров с эффективным отрицательным электронным сродством (ОЭС), по-прежнему остаётся много вопросов, как в физике фотоэмиссии, так и в достижении предельных параметров приборов на основе различных полупроводниковых фотокатодов с ОЭС. В частности, интерес представляет получение энергетических и угловых распределений фотоэлектронов, эмитируемых из фотокатодов с ОЭС и построение соответствующей детальной модели процесса эмиссии электронов из области пространственного заряда на поверхности полупроводника с ОЭС в вакуум [1]. Основной проблемой при изучении фотокатодов с ОЭС является очень низкая (до 300 мэВ) кинетическая энергия эмитируемых фотоэлектронов, и, как следствие, сильное влияние любых неоднородностей прикладываемого электрического поля. Эту проблему удается избежать при изучении процессов фотоэмиссии электронов в вакуумных фотодиодах, в которых оба электрода являются полупроводниковыми гетероструктурами с эффективным отрицательным электронным сродством [2]. Кроме того, такие фотодиоды позволяют изучать инжекцию свободных электронов (в том числе поляризованных по спину) в полупроводниковые гетероструктуры. Фотодиод с двумя ОЭС электродами продемонстрировал способность генерации фототока в широком диапазоне длин волн (350-900 нм) без потенциала смещения. Показано, что значение эффективности преобразования световой энергии в электрическую может достигать значения квантовой эффективности фотокатода, т.е. свыше 50%. Предложен новый вакуумный многокаскадный солнечный элемент с несколькими p-n переходами, разделенными вакуумными зазорами [3]. Измерения энергетических распределений фотоэлектронов при низких температурах подтвердили наличие тонкой структуры в фотоэмиссионных спектрах, связанной с рассеянием электронов на оптических фононах при выходе в вакуум через квантово-размерные состояния в области пространственного заряда. Методом поляризованной катодолюминесценции (КЛ) изучена инжекция свободных поляризованных по спину электронов в гетероструктуры AlGaAs с квантовыми ямами GaAs. Измерена зависимость циркулярной поляризации КЛ от энергии инжектируемых электронов в интервале 0.5-4 эВ, которая удовлетворительно описывается релаксацией спина по механизму Дьяконова-Переля. Показана возможность измерения пространственного распределения поляризации электронов по одной проекции спина в сечении пучка электронов путем измерения пространственного распределения интенсивности и поляризации КЛ. Обсуждается влияние углового распределения эмитированных из фотокатода электронов на получаемые картины КЛ и возможность восстановления полного их энергетического распределения из картин КЛ.
{"title":"Эмиссия и инжекция электронов низких энергий в вакуумных диодах с электродами на\u0000основе полупроводниковых гетероструктур с эффективным отрицательным\u0000электронным сродством","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-37","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-37","url":null,"abstract":"Несмотря на более чем пятидесятилетнюю историю развития фотоэмиттеров с эффективным\u0000отрицательным электронным сродством (ОЭС), по-прежнему остаётся много вопросов, как в физике\u0000фотоэмиссии, так и в достижении предельных параметров приборов на основе различных\u0000полупроводниковых фотокатодов с ОЭС. В частности, интерес представляет получение\u0000энергетических и угловых распределений фотоэлектронов, эмитируемых из фотокатодов с ОЭС и\u0000построение соответствующей детальной модели процесса эмиссии электронов из области\u0000пространственного заряда на поверхности полупроводника с ОЭС в вакуум [1]. Основной проблемой\u0000при изучении фотокатодов с ОЭС является очень низкая (до 300 мэВ) кинетическая энергия\u0000эмитируемых фотоэлектронов, и, как следствие, сильное влияние любых неоднородностей\u0000прикладываемого электрического поля. Эту проблему удается избежать при изучении процессов\u0000фотоэмиссии электронов в вакуумных фотодиодах, в которых оба электрода являются\u0000полупроводниковыми гетероструктурами с эффективным отрицательным электронным сродством\u0000[2]. Кроме того, такие фотодиоды позволяют изучать инжекцию свободных электронов (в том числе\u0000поляризованных по спину) в полупроводниковые гетероструктуры.\u0000Фотодиод с двумя ОЭС электродами продемонстрировал способность генерации фототока в\u0000широком диапазоне длин волн (350-900 нм) без потенциала смещения. Показано, что значение\u0000эффективности преобразования световой энергии в электрическую может достигать значения\u0000квантовой эффективности фотокатода, т.е. свыше 50%. Предложен новый вакуумный\u0000многокаскадный солнечный элемент с несколькими p-n переходами, разделенными вакуумными\u0000зазорами [3]. Измерения энергетических распределений фотоэлектронов при низких температурах\u0000подтвердили наличие тонкой структуры в фотоэмиссионных спектрах, связанной с рассеянием\u0000электронов на оптических фононах при выходе в вакуум через квантово-размерные состояния в\u0000области пространственного заряда.\u0000Методом поляризованной катодолюминесценции (КЛ) изучена инжекция свободных\u0000поляризованных по спину электронов в гетероструктуры AlGaAs с квантовыми ямами GaAs.\u0000Измерена зависимость циркулярной поляризации КЛ от энергии инжектируемых электронов в\u0000интервале 0.5-4 эВ, которая удовлетворительно описывается релаксацией спина по механизму\u0000Дьяконова-Переля. Показана возможность измерения пространственного распределения поляризации\u0000электронов по одной проекции спина в сечении пучка электронов путем измерения\u0000пространственного распределения интенсивности и поляризации КЛ. Обсуждается влияние углового\u0000распределения эмитированных из фотокатода электронов на получаемые картины КЛ и возможность\u0000восстановления полного их энергетического распределения из картин КЛ.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"7 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":"121176417","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 работе [1] сообщалось о различии величин минимального детектируемого (порогового) светового потока Iпор, определенных с использованием двух методик измерения, а именно: в экспериментах с модулированной однородной засветкой фотоприемника и в экспериментах, использующих локальное пятно засветки с размерами, близкими к размеру его фоточувствительного элемента (ФЧЭ). Утверждалось, что найденная во втором случае величина Iпор превышает таковую при однородной засветке, причем в случае линейчатых ФПУ (ЛФПУ) с временной задержкой накопления (ВЗН) указанное различие может достигать трех раз. В настоящей работе была предпринята попытка количественного анализа эффекта для матричных ФПУ (МФПУ) в предположении, что этот эффект мог бы быть объяснен диффузией фотогенерированных носителей заряда (НЗ) из локально освещенного ФЧЭ ФПУ в соседние фотоэлементы. Для этого методом Монте-Карло проводилось моделирование диффузии ФНЗ из центрированных на ФЧЭ размером 30x30 мкм круглого, квадратного и гауссова пятен засветки в соседние ФЧЭ при актуальных величинах параметров задачи (геометрические размеры матрицы МФПУ, длины диффузии ФНЗ и длины поглощения излучения в фоточувствительной пленке фотоприёмника). Анализировалась зависимость от размера пятна Δspot количества частиц, стекших на фотодиод рассматриваемого ФЧЭ при его нормировке на число частиц, рожденных в пятне засветки либо на полное количество частиц, рожденных в слое абсорбера (см. рисунок). Анализ результатов проведенных Монте-Карло расчетов позволил сделать следующие выводы: 1) При принятых значениях параметров задачи диффузия ФНЗ за пределы освещенного ФЧЭ может увеличить величину порогового детектируемого потока при освещении МФПУ пятном до 30-40% по сравнению со случаем равномерной засветки фотоприемника. 2) Нормированная на мощность излучения в пучке величина фотосигнала засвеченного ФЧЭ быстро спадает с увеличением размера пятна засветки в диапазоне 10-40 мкм; это связано с уменьшением доли пучка света в центральном пикселе. При этом для гауссова пятна с размером 30 мкм найденный пороговый поток оказывается увеличенным примерно в 3 раза по сравнению со случаем равномерной засветки матрицы. Этот результат показывает, что критически важным фактором для методики определения пороговых характеристик МФПУ с применением “пиксельной” засветки является точность покрытия пятном ФЧЭ матрицы; этот же фактор играет важную роль как определяющий различие величин пороговых потоков и для ВЗНЛФПУ. 3) В целом проведенное рассмотрение дает общий пример анализа (распространенный в работе также и на случай ВЗН-ЛФПУ), позволяющего для конкретных значений параметров задачи посредством моделирования методом Монте-Карло предсказать величины пороговых характеристик многоэлементных ФПУ, определенных с использованием локальной (“пиксельной”) засветкой фотоприёмника и его однородной засветкой.
{"title":"О различии значений пороговых характеристик многоэлементных фотодиодных ФПУ,\u0000определенных в экспериментах с однородной модулированной засветкой\u0000фотоприемника и в экспериментах с малым (“пиксельным”) пятном засветки","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-151","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-151","url":null,"abstract":"В работе [1] сообщалось о различии величин минимального детектируемого (порогового)\u0000светового потока Iпор, определенных с использованием двух методик измерения, а именно: в\u0000экспериментах с модулированной однородной засветкой фотоприемника и в экспериментах,\u0000использующих локальное пятно засветки с размерами, близкими к размеру его фоточувствительного\u0000элемента (ФЧЭ). Утверждалось, что найденная во втором случае величина Iпор превышает таковую\u0000при однородной засветке, причем в случае линейчатых ФПУ (ЛФПУ) с временной задержкой\u0000накопления (ВЗН) указанное различие может достигать трех раз.\u0000В настоящей работе была предпринята попытка количественного анализа эффекта для матричных\u0000ФПУ (МФПУ) в предположении, что этот эффект мог бы быть объяснен диффузией\u0000фотогенерированных носителей заряда (НЗ) из локально освещенного ФЧЭ ФПУ в соседние\u0000фотоэлементы. Для этого методом Монте-Карло проводилось\u0000моделирование диффузии ФНЗ из центрированных на ФЧЭ\u0000размером 30x30 мкм круглого, квадратного и гауссова пятен\u0000засветки в соседние ФЧЭ при актуальных величинах\u0000параметров задачи (геометрические размеры матрицы\u0000МФПУ, длины диффузии ФНЗ и длины поглощения\u0000излучения в фоточувствительной пленке фотоприёмника).\u0000Анализировалась зависимость от размера пятна Δspot\u0000количества частиц, стекших на фотодиод рассматриваемого\u0000ФЧЭ при его нормировке на число частиц, рожденных в\u0000пятне засветки либо на полное количество частиц, рожденных\u0000в слое абсорбера (см. рисунок).\u0000Анализ результатов проведенных Монте-Карло расчетов\u0000позволил сделать следующие выводы:\u00001) При принятых значениях параметров задачи диффузия\u0000ФНЗ за пределы освещенного ФЧЭ может увеличить\u0000величину порогового детектируемого потока при освещении\u0000МФПУ пятном до 30-40% по сравнению со случаем\u0000равномерной засветки фотоприемника.\u00002) Нормированная на мощность излучения в пучке\u0000величина фотосигнала засвеченного ФЧЭ быстро спадает с\u0000увеличением размера пятна засветки в диапазоне 10-40 мкм;\u0000это связано с уменьшением доли пучка света в центральном\u0000пикселе. При этом для гауссова пятна с размером 30 мкм\u0000найденный пороговый поток оказывается увеличенным\u0000примерно в 3 раза по сравнению со случаем равномерной\u0000засветки матрицы. Этот результат показывает, что\u0000критически важным фактором для методики определения пороговых характеристик МФПУ с\u0000применением “пиксельной” засветки является точность покрытия пятном ФЧЭ матрицы; этот же\u0000фактор играет важную роль как определяющий различие величин пороговых потоков и для ВЗНЛФПУ.\u00003) В целом проведенное рассмотрение дает общий пример анализа (распространенный в работе\u0000также и на случай ВЗН-ЛФПУ), позволяющего для конкретных значений параметров задачи\u0000посредством моделирования методом Монте-Карло предсказать величины пороговых характеристик\u0000многоэлементных ФПУ, определенных с использованием локальной (“пиксельной”) засветкой\u0000фотоприёмника и его однородной засветкой.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"42 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":"125957883","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}
Тройное соединения InAlAs является перспективным материалом для создания СВЧфотодетекторов с барьером Шоттки (БШ) [1]. Природа формирования БШ на границе раздела металлполупроводник и связанные с ней механизмы переноса зарядов являются предметом интенсивных исследований уже несколько десятилетий, поскольку свойства этой границы раздела определяют рабочие характеристики приборов, их стабильность и надежность. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) реальных БШ обычно не соответствуют идеальной модели термоэлектронной эмиссии (TЭ). Неидеальное поведение ВАХ БШ (коэффициент идеальности больше 1) в слаболегированном (менее 1016 см-3 ) полупроводнике часто связывают с наличием естественного оксидного слоя и интерфейсных ловушек. С другой стороны, в работе Танга [2] показано, что неидеальное поведение ВАХ может быть количественно объяснено предположением о наличии на границе раздела металл/полупроводник локально расположенных областей с пониженной высотой барьеров и линейными размерами порядка глубины области обеднения. Аргументом в пользу использования модели Танга для анализа ВАХ является проявление в экспериментах аномальной корреляционной зависимости коэффициента идеальности (n) и высоты БШ (b0) от температуры. В большинстве работ, в которых модель Танга применяется для объяснения поведения температурных зависимостей параметров различных БШ, отсутствуют предположения о природе неоднородностей. В данной работе изучено влияние плотности ростовых ямочных дефектов поверхности слоев InAlAs (рис. 1 а, вставка), выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках InP (001), на температурные (78–380 К) зависимости вольт-амперных характеристик барьеров Шоттки Au/Ti/n-InAlAs. Показано, что уменьшение плотности ростовые дефекты с 107 до 106 см-2 оказывают слабое влияния на ВАХ при температурах выше 200 K, которые хорошо описываются теорией ТЭ со значениями n и b0 близкими к 1.1 и 0.69 эВ, соответственно (рис. 1). В тоже время изменение плотности дефектов оказывает существенное влияние на параметры БШ при температурах ниже 200 K, поведение которых хорошо описывается моделью Танга, предполагающей наличие на поверхности InAlAs локальных неоднородностей с пониженной высотой барьера. Сопоставление полученных данных показывает, что ростовые ямочные дефекты являются причиной возникновения таких областей.
{"title":"Влияние плотности ростовых ямочных дефектов поверхности InAlAs на\u0000температурные зависимости параметров Au/Ti/n-InAlAs(001) диодов Шоттки","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-125","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-125","url":null,"abstract":"Тройное соединения InAlAs является перспективным материалом для создания СВЧфотодетекторов с барьером Шоттки (БШ) [1]. Природа формирования БШ на границе раздела металлполупроводник и связанные с ней механизмы переноса зарядов являются предметом интенсивных\u0000исследований уже несколько десятилетий, поскольку свойства этой границы раздела определяют\u0000рабочие характеристики приборов, их стабильность и надежность. Вольт-амперные характеристики\u0000(ВАХ) реальных БШ обычно не соответствуют идеальной модели термоэлектронной эмиссии (TЭ).\u0000Неидеальное поведение ВАХ БШ (коэффициент идеальности больше 1) в слаболегированном (менее\u00001016 см-3\u0000) полупроводнике часто связывают с наличием естественного оксидного слоя и\u0000интерфейсных ловушек. С другой стороны, в работе Танга [2] показано, что неидеальное поведение\u0000ВАХ может быть количественно объяснено предположением о наличии на границе раздела\u0000металл/полупроводник локально расположенных областей с пониженной высотой барьеров и\u0000линейными размерами порядка глубины области\u0000обеднения. Аргументом в пользу использования\u0000модели Танга для анализа ВАХ является проявление в\u0000экспериментах аномальной корреляционной\u0000зависимости коэффициента идеальности (n) и высоты\u0000БШ (b0) от температуры. В большинстве работ, в\u0000которых модель Танга применяется для объяснения\u0000поведения температурных зависимостей параметров\u0000различных БШ, отсутствуют предположения о\u0000природе неоднородностей.\u0000В данной работе изучено влияние плотности\u0000ростовых ямочных дефектов поверхности слоев\u0000InAlAs (рис. 1 а, вставка), выращенных методом\u0000молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках InP\u0000(001), на температурные (78–380 К) зависимости\u0000вольт-амперных характеристик барьеров Шоттки\u0000Au/Ti/n-InAlAs. Показано, что уменьшение плотности\u0000ростовые дефекты с 107\u0000до 106\u0000см-2\u0000оказывают слабое\u0000влияния на ВАХ при температурах выше 200 K,\u0000которые хорошо описываются теорией ТЭ со\u0000значениями n и b0 близкими к 1.1 и 0.69 эВ,\u0000соответственно (рис. 1). В тоже время изменение\u0000плотности дефектов оказывает существенное влияние\u0000на параметры БШ при температурах ниже 200 K,\u0000поведение которых хорошо описывается моделью\u0000Танга, предполагающей наличие на поверхности\u0000InAlAs локальных неоднородностей с пониженной\u0000высотой барьера. Сопоставление полученных данных\u0000показывает, что ростовые ямочные дефекты являются\u0000причиной возникновения таких областей.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"21 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":"114660923","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}
Двумерные (2D) полупроводники обладают уникальными электронными свойствами, возникающими из-за атомно-тонкой толщины и двумерной электронной структуры. В последнее время большой интерес привлекают коллоидные квазидвумерные наночастицы A 2B 6 , выращенные химическими растворными методами. Эти системы характеризуются рекордно узкими полосами люминесценции и поглощения, коротким временем жизни носителей заряда и большим сечением поглощения, что делает их идеальными материалами для создания светоизлучающих элементов, фотодетекторов и лазеров. В настоящем докладе обсуждается коллоидные атомно-тонкие нанолисты полупроводников на основе халькогенидов кадмия, включая подходы к растворному росту, особенности кристаллической структуры и оптических свойств. Данные наночастицы иначе называются коллоидными квантовыми ямами (quantum wells). Для роста данных атомно-тонких нанолистов был разработан метод синтеза в коллоидных растворах в температурном диапазоне 110-250°С [1]. Подбор условий позволил вырастить предельно тонкие нанолисты с толщиной толщину 1-2 нм (4 – 7 монослоев) и латеральными размерами до 1 мкм. Подробное исследование с использованием методов HRTEM, HAADF-STEM, SAED, XRD показало совершенную кристаллическую структуру. На рис.1а показаны плоские листы CdTe с размерами порядка 200 нм со структурой цинковой обманки с направлением [001], нормальным к плоскости листа. Было показано, что нанолисты CdTe спонтанно сворачиваются при замене олеиновой кислоты тиолами (рис 1b), формируя многостенные свертки [2]. Сворачивание происходит вдоль направления [110], при этом сохраняется монокристальный характер листов. Это индуцирует красный сдвиг экситонных полос с одновременным их уширением с сохранением двумерные оптические свойства. Механизм сворачивания связан с кооперативным эффектом лигандов на поверхности. В оптических спектрах наблюдаются узкие экситонные полосы с шириной 5-8 нм [3], спектральное положение которых определяется толщиной нанолистов. Возможность контроля толщины с точностью до 1 монослоя позволяет прецизионно задавать спектральное положение полос поглощения и люминесценции. Двумерный характер электронных свойств приводит к появлению полос в УФ спектральной области в дополнение к экситонным полосам в видимой области. Основной вклад в высокоэнергетические оптические переходы дают X и M точки 2D зоны Бриллюэна, происходящие из L и X точек 3D зоны Бриллюэна.
{"title":"Коллоидные атомно-тонкие квантовые ямы на основе соединений А2В\u00006","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-24","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-24","url":null,"abstract":"Двумерные (2D) полупроводники обладают уникальными электронными свойствами,\u0000возникающими из-за атомно-тонкой толщины и двумерной электронной структуры. В последнее\u0000время большой интерес привлекают коллоидные квазидвумерные наночастицы A\u00002B\u00006\u0000, выращенные\u0000химическими растворными методами. Эти системы характеризуются рекордно узкими полосами\u0000люминесценции и поглощения, коротким временем жизни носителей заряда и большим сечением\u0000поглощения, что делает их идеальными материалами для создания светоизлучающих элементов,\u0000фотодетекторов и лазеров.\u0000В настоящем докладе обсуждается коллоидные атомно-тонкие нанолисты полупроводников на\u0000основе халькогенидов кадмия, включая подходы к растворному росту, особенности кристаллической\u0000структуры и оптических свойств. Данные наночастицы иначе\u0000называются коллоидными квантовыми ямами (quantum wells).\u0000Для роста данных атомно-тонких нанолистов был\u0000разработан метод синтеза в коллоидных растворах в\u0000температурном диапазоне 110-250°С [1]. Подбор условий\u0000позволил вырастить предельно тонкие нанолисты с толщиной\u0000толщину 1-2 нм (4 – 7 монослоев) и латеральными размерами\u0000до 1 мкм. Подробное исследование с использованием методов\u0000HRTEM, HAADF-STEM, SAED, XRD показало совершенную\u0000кристаллическую структуру. На рис.1а показаны плоские\u0000листы CdTe с размерами порядка 200 нм со структурой\u0000цинковой обманки с направлением [001], нормальным к\u0000плоскости листа. Было показано, что нанолисты CdTe\u0000спонтанно сворачиваются при замене олеиновой кислоты\u0000тиолами (рис 1b), формируя многостенные свертки [2].\u0000Сворачивание происходит вдоль направления [110], при этом\u0000сохраняется монокристальный характер листов. Это\u0000индуцирует красный сдвиг экситонных полос с\u0000одновременным их уширением с сохранением двумерные\u0000оптические свойства. Механизм сворачивания связан с\u0000кооперативным эффектом лигандов на поверхности.\u0000В оптических спектрах наблюдаются узкие экситонные\u0000полосы с шириной 5-8 нм [3], спектральное положение\u0000которых определяется толщиной нанолистов. Возможность\u0000контроля толщины с точностью до 1 монослоя позволяет\u0000прецизионно задавать спектральное положение полос\u0000поглощения и люминесценции. Двумерный характер\u0000электронных свойств приводит к появлению полос в УФ спектральной области в дополнение к\u0000экситонным полосам в видимой области. Основной вклад в высокоэнергетические оптические\u0000переходы дают X и M точки 2D зоны Бриллюэна, происходящие из L и X точек 3D зоны Бриллюэна.","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":"116890694","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}
Нанокристаллы и аморфные нанокластеры кремния и германия в диэлектрических плёнках интересны как с фундаментальной точки зрения (квантовые точки), так и для применения в нано- и оптоэлектронике, а также в элементах энергонезависимой памяти. Недавно в плёнках германосиликатного нестехиометрического стекла GexSiyOz была обнаружена фотолюминесценция в ИК диапазоне, предположительно обусловленная дефектами (избыточными атомами германия) [1]. Нестехиометрические оксидные плёнки двух типов GeO[SiO] и GeO[SiO2] были получены соиспарением порошков GeO2 и либо SiO, либо SiO2 в высоком вакууме, и напылением на холодную подложку Si(001). Исходные и подвергнутые отжигам (550 и 650 oC, 1 час) образцы исследовали методами ИК-спектрокопии, электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) и фотолюминесценции (ФЛ). Из анализа спектров КРС установлено, что исходная плёнка GeO[SiO2] не содержала кластеров германия, а исходная плёнка GeO[SiO] содержала кластеры аморфного германия. По данным ИКспектроскопии, плёнки содержали Si-O, Ge-O и Si-OGe связи. После отжига 550 oC в обеих плёнках были обнаружены кластеры аморфного германия, а после отжига 650 oC в них были обнаружены нанокристаллы германия. В исходных плёнках обнаружена фотолюминесценция с максимумом 1050 нм (см.рис.) при низких температурах, вероятно связанная с дефектами – вакансиями кислорода и избыточными атомами германия. Отжиги вызывают трансформацию структуры плёнок, и, соответственно, меняют вид спектров ФЛ. В плёнках, содержащих нанокластеры германия, наблюдается ФЛ с максимумом 1500-1600 нм (см.рис.). При этом уменьшился сигнал ФЛ от дефектов. Исследована температурная зависимость интенсивности пиков ФЛ, она падала с ростом температуры, но проявлялась при температурах до 200 K.
{"title":"ИК-фотолюминесценция плёнок GexSiyOz: вклад дефектов и нанокластеров германия","authors":"","doi":"10.34077/rcsp2019-166","DOIUrl":"https://doi.org/10.34077/rcsp2019-166","url":null,"abstract":"Нанокристаллы и аморфные нанокластеры кремния и германия в диэлектрических плёнках\u0000интересны как с фундаментальной точки зрения (квантовые точки), так и для применения в нано- и\u0000оптоэлектронике, а также в элементах энергонезависимой памяти. Недавно в плёнках\u0000германосиликатного нестехиометрического стекла GexSiyOz была обнаружена фотолюминесценция в\u0000ИК диапазоне, предположительно обусловленная дефектами (избыточными атомами германия) [1].\u0000Нестехиометрические оксидные плёнки двух типов GeO[SiO] и GeO[SiO2] были получены соиспарением порошков GeO2 и либо SiO, либо SiO2 в высоком вакууме, и напылением на холодную\u0000подложку Si(001). Исходные и подвергнутые отжигам (550 и 650 oC, 1 час) образцы исследовали\u0000методами ИК-спектрокопии, электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния\u0000света (КРС) и фотолюминесценции (ФЛ).\u0000Из анализа спектров КРС установлено, что\u0000исходная плёнка GeO[SiO2] не содержала кластеров\u0000германия, а исходная плёнка GeO[SiO] содержала\u0000кластеры аморфного германия. По данным ИКспектроскопии, плёнки содержали Si-O, Ge-O и Si-OGe связи. После отжига 550 oC в обеих плёнках были\u0000обнаружены кластеры аморфного германия, а после\u0000отжига 650 oC в них были обнаружены\u0000нанокристаллы германия.\u0000В исходных плёнках обнаружена\u0000фотолюминесценция с максимумом 1050 нм (см.рис.)\u0000при низких температурах, вероятно связанная с\u0000дефектами – вакансиями кислорода и избыточными\u0000атомами германия. Отжиги вызывают\u0000трансформацию структуры плёнок, и,\u0000соответственно, меняют вид спектров ФЛ. В плёнках,\u0000содержащих нанокластеры германия, наблюдается\u0000ФЛ с максимумом 1500-1600 нм (см.рис.). При этом\u0000уменьшился сигнал ФЛ от дефектов. Исследована\u0000температурная зависимость интенсивности пиков\u0000ФЛ, она падала с ростом температуры, но\u0000проявлялась при температурах до 200 K.","PeriodicalId":118786,"journal":{"name":"Тезисы докладов Российской конференции и школы молодых ученых по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «ФОТОНИКА-2019»","volume":"35 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":"124171260","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}
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：