Работы автора

Проведен анализ возможных факторов искажения изображения фотошаблона в слое фоторезиста в процессах контактной фотолитографии при изготовлении матричных ИК фотоприёмников, что приводит к неодинаковости геометрических размеров элементов фотоприемных матриц и как следствие, неоднородности по пикселям чувствительности матричных ИК-фотоприёмников. Исследованы особенности формирования фоточувствительных элементов матриц форматов 384 288 с шагом 25 мкм, 320256 с шагом 30 мкм и 640 512 с шагом 15 мкм на основе гетероэпитаксиальных слоев GaAs/AlGaAs и xBn-InGaAs, выращенных на подложках из арсенида галлия и фосфида индия соответственно. Исследовано влияние на неоднородность чувствительности неплоскостности поверхности гетероэпитаксиальных структур полупроводниковых пластин и дефектов на поверхности пластин.

В обзоре представлен анализ микро- и нанотвердости кристаллов и эпитаксиальных структур на основе тройных растворов полупроводникового материала кадмий-ртуть-теллур (КРТ, HgCdTe) и их влияние на надежность фотоприемных устройств (ФПУ), проведена оценка коэффициента твердости КРТ от состава и температуры. Механические свойства кристаллов и эпитаксиальных структур КРТ рассматриваются при точечном воздействии методами сжатия, изгиба и пластической деформации. Представлены модельные зависимости энергии активации: от нагрузочного напряжения и от температуры для двух составов КРТ (Hg0,8 Cd0,2 Te и Hg0,34Cd 0,66 Te). Теоретические и экспериментальные исследования позволили установить следующие значения энергии активации пластической деформации для материала КРТ: 1,1 эВ для Hg 0,8 Cd0,2 Te и 1,6 эВ для Hg 0,34 Cd0,66 Te

Рассмотрено влияние диффузии фосфора из жидкого источника (POCl3) и твердого источника (метафосфат алюминия (МФА)) на образование локальных дефектов в слоях SiO2 и на поверхности кремния. Установлено, что вероятной причиной образования дефектов является локальное проплавление слоя окисла жидким фосфорно-силикатным стеклом с образованием твердой фазы, обогащенной кремнием. Глубина дефекта пропорциональна его диаметру и уменьшается с понижением температуры процесса.

Исследованы морфология поверхности и спектры пропускания гетероэпитаксиаль-ных структур (ГЭС) на основе тройного раствора кадмий-ртуть-теллур (КРТ, CdHgTe), выращенных методами молекулярно-лучевой (МЛЭ) и жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ), и предназначенных для изготовления фотоприемных устройств (ФПУ) длинноволнового ИК диапазона спектра (8–12 мкм). Исследована неоднородность спектральных характеристик чувствительности отдельных фоточувствительных элементов (ФЧЭ) в линейках многорядной матрицы, сформированной в ГЭС КРТ, выращенной методом ЖФЭ. Матрицы ФЧЭ (МФЧЭ) должны иметь малый разброс граничной длины волны и однородные спектральные характеристики чувствительности, что достигается уменьшением неоднородности мольной доли х рабочего поглощающего слоя из CdHgTe до значений менее 0,1 % по площади пластин ГЭС КРТ.

Исследовано матричное фотоприемное устройство (МФПУ) средневолнового ИК диапазона спектра с nBn-архитектурой CdHgTe с барьерным слоем на основе сверхрешетки. МФПУ состоит из матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) формата 6464 с шагом 40 мкм, гибридизированной с кремниевой БИС считывания. Фоточувствительная сборка из МФЧЭ и БИС считывания исследовалась в вакуумном технологическом криостате с заливкой жидким азотом. Исследованы спектральные
и фотоэлектрические характеристики МФПУ на основе nBn-гетероструктур из n-слоев CdHgTe со сверхрешетками при оптимальном напряжении смещения. Среднее значение обнаружительной способности составило D*  71010 смВт-1Гц1/2, среднее значение вольтовой чувствительности Su составило Su  6107 В/Вт.

Исследована фотоэлектрическая взаимосвязь матричных фотоприемных устройств средневолнового ИК-диапазона форматов 320256 элементов с шагом 30 мкм и 640512 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.

1. 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.

Исследовано распределение чувствительности по площади пикселя матричного фотоприемника на основе антимонида индия с помощью неразрушающего метода сканирующей маски на основе открытой зондовой установки ускоренного тестирования.

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

Изложены аспекты выращивания эпитаксиальных слоев антимонида индия (InSb) на подложках InSb (InSb-on-InSb) методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и изготовления фотоприемных устройств (ФПУ) на основе полученных эпитаксиальных структур (ЭС). Применение эпитаксиального выращивания позволяет создавать сложные структуры на основе InSb и управлять интенсивностью генерации-рекомбинации носителей заряда в фоточувствительных элементах (ФЧЭ) при обычных и повышенных температурах. Исследования характеристик ФПУ формата 320256 элементов с шагом 30 мкм и ФПУ формата 640512 элементов с шагом 15 мкм на основе структур InSb-on-InSb средневолнового ИК диапазона спектра показали достижение высоких фотоэлектрических параметров, так среднее по ФЧЭ значение обнаружительной способности при Т = 77 К превысило 21011 смВт-1Гц1/2, а среднее значение эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) по элементам ФПУ с холодной диафрагмой 60о при Т = 77 К составило 10,5 мК. В ре-жиме реального масштаба времени получены тепловизионные изображения повышенного пространственного разрешения по сравнению с ФПУ на объемном InSb.

Представлены достижения в области создания высокочувствительных фотоприемных устройств (ФПУ) на основе гетероструктур InGaAs с широкозонным барьерным слоем InAlAs коротковолнового инфракрасного диапазона спектра. Предложены конструктивных решения построения ФПУ спектрального диапазона 0,9–1,7 мкм с малой неоднородностью параметров и дефектностью пикселей менее 0,5 %. Рассмотрены возможности расширения спектрального диапазона в коротковолновую до 0,5 мкм и в длинноволновую до 2,2 мкм области спектра ФПУ на основе гетероструктур InGaAs.

Изложены принципы конструирования активно-импульсных систем, использующих ФПУ на основе InGaAs формата 320256 элементов с шагом 30 мкм, измеряющих расстояние до цели в спектральном диапазоне 0,9–1,7 мкм. Исследованы параметры матричного инфракрасного дальномера на основе ФПУ формата 320256 элемен-тов с шагом 30 мкм, обеспечивающего разрешение по дальности до 0,6 м.

Приведены результаты разработки оптико-электронного модуля на основе отечественного охлаждаемого матричного фотоприемного устройства формата 640512 элементов, работающего в спектральном диапазоне 3,6–4,9 мкм, на основе InSb. В работе описаны основные применяемые алгоритмы обработки видеоизображения, описаны основные блоки разработанного устройства, описаны методики проведения измерений ЭШРТ и пространственного разрешения, приведены характеристики прибора.