Проведены исследования темновых токов и шумов фоточувствительных элементов (ФЧЭ) многорядных фотоприемных модулей (ФПМ) на основе гетероэпитаксиальных (ГЭС) структур HgCdTe с шагом 28 мкм средневолнового и длинноволнового ИК-диапазонов спектра при обратном напряжении смещения V = -0,1 В. Показано, что значение обнаружительной способности D* 1012 см Вт-1 Гц1/2 для ФПМ средневолнового диапазона достигается при темновых токах менее 10-11 А. Измерены зависимости фотосигнала и шума от времени накопления для ФПМ длинноволнового ИК-диапазонов спектра. Показано, что фотосигнал растет линейно в зависимости от времени накопления в диапазоне Тнак = 25–200 мкс, а шум возрастает приблизительно в 2 раз.
Исследованы возможности повышения уровня чувствительности p–i–n-фотодиодов к излучению с длиной волны λ = 1,06 мкм. Проведён расчёт двухслойного просветляющего покрытия, состоящего из плёнок SiO2 и Si3N4. Представлены результаты эксперимента, проведённого на основании данного расчёта.
Исследованы изменения радиационной стойкости пленки CdS при модификации её поверхности свинецсодержащими нанокластерами (CНК), полученными путем формирования золя с СНК на щелочной субфазе и перенесенными на подложку CdS без использования технологии Ленгмюра–Шеффера. Проведено сравнение эффективности данного метода с ранее разработанными. Показано, что оптимальным являются количество, размер и состав кластеров, полученных при выдержке пленки, состоящей из СНК, на поверхности золя в течение одного часа. Такое покрытие обеспечивает радиационную стойкость пленочного образца CdS при облучении электронами допороговых энергий. При этом достигаемая на этих образцах кратность изменения тока при освещении выше, чем на образцах с покрытием из арахината свинца. Это объясняется модификацией поверхности CdS и созданием на ней локальных возмущений электрического потенциала в местах расположения СНК, способствующих стоку и закреплению образованных электронным облучением заряженных точечных дефектов в области СНК.
Проведены расчеты скорости поверхностной рекомбинации для слоев HgCdTe р-типа проводимости при различных концентрациях легирующих примесей и плотности концентрации ловушек Nt. Показано, что при указанных выше начальных параметрах скорость поверхностной рекомбинации Smax находится в диапазоне 10–104 см/с. Проведено моделирование токовой чувствительности для HgCdTe р-типа, используя зависимость квантовой эффективности в приближении больших времен жизни τn0 и больших диффузионных длин Ln неосновных носителей заряда с учетом влияния скорости поверхностной рекомбинации.
В данной работе исследованы фотоэлектрические характеристики матричных фотоприемных устройств видимо-слепого ультрафиолетового диапазона спектра. Измерена зависимость соотношения сигнал/шум от времени накопления и напряжения смещения на фотодиодах фотоприемного устройства, измерены вольт-амперные характеристики фотодиодов. Сделан вывод о преобладании шумов БИС считывания над шумами фоточувствительных элементов. По результатам исследования выяснено, что для получения наилучшего соотношения сигнал/шум необходимо использовать максимально возможные времена накопления и напряжение смещения. Используемый метод измерения вольт-амперных характеристик после стыковки с БИС считывания позволил измерить темновые токи отдельных фотодиодов. Их характерный уровень составил 410-15 А.
Главным фактором, который влияет на выходные характеристики, является темновой ток фотодиодов, который должен быть минимальным, чтобы снизить шумы и обеспечить высокий уровень фотоэлектрических параметров. Для выявления доминирующих причин генерации-рекомбинации в фотодиодах на основе тройного соединения кадмий-ртуть-теллур (КРТ) в заданном диапазоне напряжений разработана модель расчета темновых токов, обусловленных фундаментальными и иными токовыми механизмами. Определены составляющие темнового тока фотодиодов, изготовленных в гетероструктурах КРТ, выращенных методами молекулярно-лучевой (МЛЭ) и жидкофазной (ЖФЭ) эпитаксии, в диапазоне обратных напряжений смещения от 0 до 40 мВ. В диапазоне от 0 до 20 мВ обратного напряжения смещения характеристики ограничены диффузионной составляющей. Возрастание токов генерациирекомбинации Шокли-Рида-Холла (ШРХ) и туннелирования через уровни ловушек в запрещенной зоне наблюдается при напряжении обратного смещения более 30 мВ.
Подробно проанализирован процесс модуляции излучения модели черного тела (МЧТ) стандартным электромеханическим модулятором, осуществляющим стопроцентную модуляцию. Получены аналитические функции, описывающие модулированные потоки излучения МЧТ и диска модулятора. Используя приведенное в ГОСТ 17772-88 определение коэффициента формы модуляции, рассчитаны значения искомого коэффициента. Проведен сравнительный анализ полученных значений с табличными данными ГОСТ 17772-88 для круглых и квадратных диафрагм МЧТ. Установлено совпадение расчетных данных и данных ГОСТ для круглых диафрагм. Показана необходимость корректировки данных ГОСТ для квадратных диафрагм. Установлена причина расхождения полученных результатов с данными ГОСТ.
Рассмотрена концепция построения фоточувствительной униполярной nBn-структуры для фотоприемного устройства (ФПУ) средневолнового ИК-диапазона спектра на основе CdHgTe. Представлена архитектура и рассчитаны ее характеристические параметры: смещение энергии валентной зоны, напряжение плоских зон, поверхностный потенциал s на границе коллектор/барьер; плотность темнового тока, которая при рабочих температурах Т = 110–160 К составила Jdark = 10-10–10-6 А/см2. Показано, что nBn-архитектура на основе CdHgTe может использоваться для построения ФПУ нового типа с повышенными характеристиками.
Представлены результаты разработки матричного фотоприёмного устройства (ФПУ) с фотоприёмником на основе nBn фотодиодов, обладающих чувствительностью в спектральном диапазоне 3–5 мкм. Структуры для изготовления nBn фотодиодов с активным слоем InAs1-хSbх и барьерным слоем AlAs1-ySby выращивались методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках GaSb. Матричный фотоприёмник имел формат 640512 элементов с шагом 20 мкм. Показано, что разработанное ФПУ может обеспечивать достижение требуемых пороговых характеристик чувствительности при повышенных рабочих температурах. Достигнутое значение эквивалентной шуму разности температур составило около 0,02 К при температуре фотоприёмника не ниже 130 К.
Разработан метод определения характеристик слабо нагретых объектов в плотных отражающих средах, который позволяет корректно проводить расчеты коэффициентов излучения, отражения и температур, обеспечивая поиск объектов в сложных условиях. Для расчета предложена оригинальная система уравнений, учитывающая особенности объектов и задающая распределение излучения в области наблюдения тепловизионной системы в спектральных диапазонах 3–5 и 8–12 мкм.
Исследована фотоэлектрическая взаимосвязь матричных фотоприемных устройств средневолнового ИК-диапазона форматов 320256 элементов с шагом 30 мкм и 640512 элементов с шагом 15 мкм на основе антимонида индия. Определена зависимость величины взаимосвязи от толщины объемной структуры утоньшенного антимонида индия. Взаимосвязь элементов МФПУ на основе эпитаксиального антимонида индия существенно меньше, чем взаимосвязь на основе объемного антимонида индия.
- Исследованы многослойные структуры на основе полупроводниковых материалов группы антимонидов с поглощающими слоями InSb, и AlxIn1-xSb, в том числе структуры с барьерным слоем InAlSb (InSb/InAlSb/InSb), предназначенные для изготовления перспективных фотоприемных устройств (ФПУ), детектирующих излучение в средневолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра. На основе выращенных методом МЛЭ p–i–n и барьерных структур изготовлены фоточувствительные элементы (ФЧЭ) различной топологии с поглощающими слоями InSb, и AlxIn1-xSb. Показано, что широкозонные тройные растворы AlxIn1-xSb детектирующие излучение в средневолновой области спектра, являются альтернативой узкозонному бинарному соединению InSb, поскольку, вследствие широкозонности, фотодиоды на основе AlxIn1-xSb имеют меньшие темновые токи, а, следовательно, шумы. Для фотоприемных устройств на основе структур различной топологии измерены средние значения обнаружительной способности и эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ), так для р–i–n-структур среднее по ФЧЭ значение обнаружительной способности превысило D* 1011 см Вт-1 Гц1/2, а для структур с барьерным слоем – D* 1012 см Вт-1 Гц1/2.
- 1
- 2