Научный архив: статьи

Представлен комплекс программ моделирования построения последовательности энергетических зон гетеропереходов для анализа распределения носителей зарядов в гетероструктуре и внутренних характеристик, описания процессов переноса и аккумулирования заряда. Использовались аналитическая система Wolfram Mathematica и язык программирования Delphi. Основными элементами материалов задаются полупроводники, металлы контактных структур и области инжекции неравновесных носителей. Программы позволяют определять конструктивные характеристики материалов, активных зон и областей пространственного заряда, вычислять квазиуровни Ферми и встроенные потенциалы, а также эффективность гетероструктур в целом и для разделения-сбора заряда, эмиссии высокоэнергетичных бета-электронов и генерации неравновесных носителей заряда в активной области пространственного заряда, накопления заряда, определения типов барьерных гетеропереходов и типа металлизации контактности барьерного или омического, в том числе для устройств в интегральном исполнении. Программа и результаты могут быть использованы для определения свойств полупроводниковых гетероструктур в разработках преобразователей энергии и датчиков в фото- и бетавольтаике.

Дан обзор докладов, представленных на Форуме «Микроэлектроника 2024»на секции 12 «Технологии оптоэлектроники и фотоники», посвященных современному состоянию и перспективам развития.

Рассмотрена группа актуальных способов компенсации негативного влияния дефектных элементов на пороговые характеристики фотомодулей (ФМ) инфракрасного диапазона (ИК) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН). Особенностью изучаемой группы является компенсация, основанная на деселекции (отключении) дефектных элементов. Проведены эксперименты по изучению влияния рассмотренных подходов на шум, отношение сигнал/шум (SNR) и удельную обнаружительную способность (D*) каналов ИК ФМ с режимом ВЗН. Анализ эмпирических данных показал, что современные инструменты компенсации негативного влияния обеспечивают улучшение шума и SNR каналов. Однако при этом способы ухудшают D* некоторой части каналов. Показано, что данный негативный эффект обусловлен критериями детектирования дефектных элементов, применяемыми в современных решениях. Известными правилами детектирования не оценивается, способно ли изменение SNR каналов после деселекции компенсировать потери их эффективной фоточувствительной площади (ЭФП). Предложен критерий, выполняющий данную оценку. Совокупное использование такого критерия с деселекцией позволяет улучшить шум и SNR каналов фотомодуля без ухудшения их D*.

Гибридно-монолитные матрицы ИК-диапазона на основе коллоидных квантовых то-чек (ККТ) активно развиваются в последние несколько лет. Динамика развития и достигнутые на сегодняшний день параметры по шагу, предельному формату и низкой стоимости позволяют говорить о том, что данное направление может обеспечить массовое распространение ИК-камер такого типа в различных сферах, где применение классических гибридных матричных фотоприемников ограничено или невозможно. Статья посвящена базовым вопросам построения таких матриц, анализу передовых достижений по данному направлению, в том числе в России, а также прогнозу возможных применений, которые открываются для ИК-фотосенсорики на основе ККТ.

Исследование способов создания фотосенсоров на средневолновый ИК-диапазона на основе коллоидных квантовых точек (ККТ) для создания недорогих фотоприемных матриц является одной из наиболее актуальных задач в современной фотосенсорике. Проведен синтез ККТ HgTe, изготовлены фоторезисторы и исследованы фотосенсорные характеристики. Экспериментально показано, что изготовленные на основе синтезированных ККТ HgTe фоторезисторы имеют чувствительность в коротковолновом и средневолновом ИК-диапазоне при комнатной температуре.

С использованием оптической микроскопии, РЭМ, атомно-силового микроскопа и профилометра определены форма, размеры и примесный состав локальных дефектов, возникающих в слое двуокиси кремния при диффузии фосфора. Причиной образования дефектов в пассивирующем окисле при диффузии фосфора является локальное плавление SiO2 при взаимодействии с жидкими каплями фосфорно-силикатного стекла. Снижение температуры процесса осаждения (загонки) фосфора и концентрации POCL3 в газовом потоке приводит к уменьшению плотности дефектов окисла.

Теоретически показано, что при определенных профилях неоднородности вдоль электрического поля плотности скорости фотогенерации носителей в полупроводниках могут проявиться три неожиданных эффекта. Это самоусиление и самогашение плотности скорости фотогенерации носителей и самоинверсия ее знака. Эффекты обусловлены локальным фотоиндуцированным объемным зарядом. Формы профилей зависят от параметров полупроводника, напряженности электрического поля и температуры. Приведены примеры для всех трех типов профилей.

Работа посвящена исследованию возможности использования датчика APDS-9960 в качестве приемника излучения для высокотемпературного пирометра спектрального отношения. Приведены результаты расчетов коэффициентов эффективности использования датчиков APDS-9960 и TCS34725. Рассчитаны зависимости отношения сигналов различных каналов датчика APDS-9960 от температуры, погрешности квантования. Установлено, что при использовании дополнительного ИК фильтра, датчик APDS-9960 имеет больший коэффициент эффективности использования и погрешность квантования в 1.5 раза меньшую, чем TCS34725. Рассмотрены результаты натурных испытаний опытного пирометра спектрального отношения с датчиком APDS-9960.

Из-за особенностей легирования полупроводниковых структур группы нитридов и высокой степени компенсации, существует проблема определения концентрации легирующей примеси традиционными методами. В работе предложен и исследован метод расчета концентрации носителей заряда с учетом модели зонных состояний в полупроводниковых структурах группы нитридов n-типа проводимости. Метод основан на уравнении электронейтральности носителей заряда с учетом статистического закона распределения носителей в зонах и на дополнительных уровнях в запрещенной зоне.

Выполнено исследование амплитудного распределения микроплазменных импульсов при одновременной реализации на лавинном фотодиоде режима счета фотонов и токового режима работы. Режимы работы реализованы при постоянном напряжении питания лавинного фотодиода, превышающем напряжение пробоя его p–n-перехода. Оценено влияние на амплитуду микроплазменных импульсов величины напряжения питания лавинного фотодиода и интенсивности оптического излучения.

Описаны методы синтеза, кристаллографические параметры и строение энергетических зон двумерных и квазидвумерных материалов, таких как графен, дихалькогениды переходных металлов IV-VIII групп, бинарные 2D-халькогениды IV, III и II групп вида трихалькогениды Ti, Zr, Hf, Nb, Bi, Sb, 2D-материалы вида AVBV (AsN, AsP, PN, SbAs, SbN, SbP), 2D-нитриды вида AIIIN (A = Al, Ga, In, B), моноатомные 2D-материалы (фосфорен P, плюмбен Pb, станен Sn, германен Ge, силицен Si, антимонен Sb, арсенен As, висмутен Bi, борофен В, окто-нитроген 8-N), функциализированные графен и карбид кремния SiC, двумерные оксиды CO, SiO, GeO, SnO, диоксиды переходных металлов, германия и олова, триоксиды MoO3, WO3, ди- и тригалогениды переходных металлов.

Подходы к реализации режима счета фотонов, используемые для одноэлементных лавинных фотоприемников, не в полной мере применимы к матричным многоэлементным лавинным фотоприемникам, таким как кремниевые фотоэлектронные умножители. Поэтому в статье рассмотрены особенности реализации режима счета фотонов применительно к этим фотоприемникам. Показана возможность работы в рассматриваемом режиме серийно выпускаемых кремниевых фотоэлектронных умножителей Кетек РМ 3325 и ON Semi FC 30035, а также умножителей из опытной партии, произведенной ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь). Определены важные для реализации данного режима характеристики этих кремниевых фотоэлектронных умножителей, в частности, удельный коэффициент амплитудной чувствительности и зависимость отношения сигнал/шум от величины напряжения их питания.