Главная – Журналы – Автометрия 2007 номер 4

Разработан сверхвысокочастотный (СВЧ) детектор на основе одноэлементного инфракрасного (ИК) фотодиода, смонтированного в заливном криостате, с предварительной электронной схемой усиления сигнала. Конструкция ИК-фотодиода типа n⁺–p создана на базе гетероэпитаксиальных слоев теллурида кадмия и ртути (КРТ), выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Специальный профиль состава слоев КРТ по толщине обеспечивает низкое последовательное сопротивление менее 10 Ом и высокую квантовую эффективность на уровне 0,65 без просветляющего покрытия. Для спектрального диапазона 8–12 мкм ИК-фотодиоды характеризуются низкой пороговой мощностью 3,8 • 10^-13 Вт • Гц^-1/2 и 10^-19 Вт • Гц^-1 при прямом и гетеродинном режимах соответственно. Заливной криостат сохраняет рабочую температуру ИК-фотодиода в интервале 77–80 К в течение 8 ч. Электронная схема предварительного усиления сигнала обеспечивает частотный диапазон детектора до 1 ГГц. На основе СВЧ-детектора разработана методика регистрации рассеянного излучения от СО₂-лазера на флуктуациях плазмы при разогреве релятивистским электронным пучком (РЭП). Показано, что при больших интенсивностях РЭП наблюдаются провалы сигнала турбулентности длительностью несколько наносекунд, что интерпретируется коллапсом ленгмюровских волн.

Представлена технология выращивания варизонных P–p-переходов с потенциальным барьером в слоях теллурида кадмия и ртути (КРТ) и профилем состава, контролируемым in situ с помощью эллипсометра (P соответствует широкозонной, а p – узкозонной области полупроводника). На выращенных структурах изготовлены матричные фотоприемники 128 Ч 128 элементов для спектрального диапазона 8–12 мкм. Гибридная сборка матричного фотоприемника с кремниевыми мультиплексорами произведена методом групповой холодной сварки на индиевых столбах. Представлены экспериментальные температурные зависимости отношения сигнал/шум для матрицы фокальной плоскости с потенциальным барьером. Эти данные сравниваются с теоретической температурной зависимостью отношения сигнал/шум для идеального диффузионно-ограниченного диода и экспериментальными данными матричных фотоприемников без потенциального барьера в варизонном слое КРТ.

Рассмотрены вопросы использования приборов с зарядовой инжекцией в гибридных инфракрасных фотоприемных устройствах.

Приведены результаты экспериментального исследования тепловизионных систем на основе элементов ПЗИ на InAs линейчатых и матричных гибридных модулей (тепловизора, ИК-микроскопа). Показано, что в коротковолновом ИК-диапазоне, благодаря высокой временной стабильности, удалось реализовать тепловизионные системы, имеющие при эффективной кадровой частоте 1–10 Гц температурное разрешение ~(4–8) мК.

Представлена конструкция и параметры ИК-спектрографа на базе монохроматора-спектрографа MS2004I и гибридной микросхемы фотоприемного устройства линейчатого типа 1 Ч 384 на основе InAs, предназначенного для регистрации быстропротекающих процессов (время регистрации от 0,2 мс). Получено спектральное разрешение 0,3 нм/элемент на длине волны 1,7 мкм. Диапазон длин волн, регистрируемый при фиксированном положении дифракционной решетки, для этой длины волны равен 118 нм.

Рассмотрено устройство считывания для систем с режимом временной задержки и накопления (ВЗН), позволяющее реализовать ИК ФПУ с произвольным числом каскадов с ВЗН.

Рассмотрены принципы работы матриц фотоприемников большого размера для визуализации изображения в субмиллиметровой области спектра. Проведена оценка параметров тепловой картины, создаваемой на промежуточном экране субмиллиметровой компонентой излучения объекта с температурой около 300 К, и проанализированы параметры фотоприемников, требуемые для регистрации излучения промежуточного экрана. Показана возможность создания на основе плёнок PbSnTe:In матричных фотоприемных устройств большого размера для формирования изображений объектов, имеющих комнатную температуру, без дополнительной субмиллиметровой подсветки.

Рассматриваются принципы построения матричных мультиплексоров 320 Ч 256 с кадровым и построчным накоплением и особенности их функционирования. Проанализировано температурное разрешение инфракрасных фотоприемных устройств на основе КРТ-фотодиодов и разработанных мультиплексоров.

Исследован адмиттанс структур металл- диэлектрик- полупроводник на основе слоев Hg_1–xCd_xTe, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках из полуизолирующего GaAs. Обнаружен эффект аномальной генерации на поверхности Hg_1–xCd_xTe в сильном электрическом поле (≈10⁵ В/см). Показано, что плотность поверхностных состояний границы раздела МЛЭ КРТ–SiO₂ слабо зависит от наличия варизонного слоя и типа проводимости полупроводника.

Представлены результаты измерений вольт-амперных характеристик диодов с управляющим электродом. Диоды изготовлены на основе варизонных слоев Cd_0,22Hg_0,78Te (КРТ), полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на полуизолирующей подложке GaAs и предназначенных для приемников ИК-излучения с граничной длиной волны l_c = 10 мкм. Показано, что поверхностные токи вносят существенный вклад в обратные токи фотодиодов на основе МЛЭ КРТ при обогащении и инверсии. Получена критическая величина плотности встроенного заряда, при которой уровень поверхностных утечек не превышает 20 % от объемного тока.

Предлагается простой метод определения критического давления, не разрушающего диоды на основе Cd_xHg_1–xTe при гибридной сборке. Метод позволяет получить набор данных, надежно определяющих критический параметр (величина усилия) технологии flip-chip сборки гибридных фотоприемных устройств. Метод опробован на образцах Cd_xHg_1–xTe (x = 0,21). Установлено, что резкое изменение электрофизических свойств материала происходит при увеличении диаметра индиевых микростолбов в процессе сдавливания в 2 раза и более и давлении около 3 кг/мм². Полученные калибровочные зависимости «приложенная нагрузка/деформация микростолба» показывают, что такие давление соответствуют началу области «упрочнения» индия на деформационной кривой.

Выращены наноструктуры HgTe/Cd_0,735Hg_0,265Te с квантовыми ямами HgTe толщиной 16,2 и 21,0 нм без дополнительного легирования на подложках (013)CdTe/ZnTe/GaAs методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Контроль составов, толщин широкозонного слоя и квантовой ямы проводилисz с помощью эллипсометрической методики в процессе роста. Точность определения состава Dx ≈ ±0,002 молярных долей теллурида кадмия, толщин широкозонных слоев и квантовой ямы Dd ≈ 0,5 нм. Центральные части широкозонных слоев толщиной ≈10 нм были дополнительно легированы индием до объемной концентрации носителей заряда ~10¹⁵ см^-3. Гальваномагнитные исследования в широком диапазоне магнитных полей при температурах жидкого гелия показали, что наблюдаются уровни размерного квантования и наличие двумерного электронного газа в выращенных наноструктурах. Получены высокие подвижности двумерного электронного газа m_e, равные 2 • 10⁵ и 5 • 10⁵ см²/В • с, для плотности электронов N_s, равных 1,5 • 10¹¹ и 3,5 • 10¹¹ см^-2, соответственно.

Разработано, изготовлено и исследовано инфракрасное фотоприемное устройство (ФПУ) 320 Ч 256 элементов, чувствительное в диапазоне 7,5–10 мкм. Фотоприемная матрица на основе многослойных структур GaAs/AlGaAs с квантовыми ямами выращивалась методом гидридной эпитаксии из металлоорганических соединений. Пик чувствительности достигался при длине волны 9,3 мкм и составлял 340 мA/Вт. Гибридное ФПУ изготовлено методом холодной сварки индиевых столбов фотоприемной матрицы и кремниевого мультиплексора. При рабочей температуре 68 К получено температурное разрешение 29,4 мК.