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 320256 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 320256 элемен-тов с шагом 30 мкм, обеспечивающего разрешение по дальности до 0,6 м.
Исследованы фотоприемные устройства (ФПУ), детектирующие излучение в средневолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, изготовленные на основе многослойных структур антимонидов с поглощающими слоями InSb, AlxIn1-xSb и InAs1-xSbx в том числе структуры с барьерными слоями InAlSb (InSb/InAlSb/InSb) и InAsSb (InAsSb/AlAsSb/InAsSb), предназначенные для оптико-электронных систем и приборных комплексов. Изготовлены фоточувствительные элементы (ФЧЭ) различной топологии, показано, что широкозонные тройные растворы AlxIn1-xSb и InAs1-xSbx, являются альтернативой узкозонному бинарному соединению InSb, поскольку фотодиоды на их основе имеют меньшие темновые токи, а, следовательно, шу-мы. Рассчитаны средние значения обнаружительной способности и эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) ФПУ, изготовленных на основе матриц фоточувствитель-ных элементов (МФЧЭ) различной топологии.
В последние годы наблюдается быстрое совершенствование изделий фотоники, обусловленное использованием многослойных гетероструктур, выращенных на основе перспективных материалов; конструированием структуры фоточувствительного элемента (ФЧЭ) для достижения минимального темнового тока, что в свою очередь приводит к смене поколений матричных фотоприемных модулей (ФПМ). В работе рассматриваются ФПМ, детектирующие излучение в различных спектральных диапазонах ИК-области спектра: на основе эпитаксиальных структур InSb в диапазоне 3–5 мкм; на основе квантово-размерных QWIP-структур из GaAs/AlGaAs в диапазоне 7,8–9,3 мкм; на основе XBn-структур из InGaAs в диапазоне 0,9–1,7 мкм. Показаны наиболее близкие зарубежные аналоги и определены пути дальнейшего развития.
Рассмотрены способы повышения механической прочности и воспроизводимости в конструкции двухспектральных утоньшенных матричных фотоприемников из InSb посредством напыления многослойных интерференционных покрытий на основе слоёв кремния и двуокиси кремния. Представлены результаты моделирования распределения механических напряжений и подавления погрешностей оптической толщины антиотражающих покрытий с различным количеством слоев. Получены экспериментальные образцы двухспектральных матричных фотоприемников, подтверждающие результаты моделирования.
Рассмотрены фотомемристоры на основе двумерных материалов, таких как графен, оксид графена, дисульфиды переходных металлов, и квантовых точек. Показано, что низкоразмерные материалы в фотомемристорных сенсорах позволяют детектировать свет в широком УФ-ИК диапазоне и обрабатывать оптические сигналы в самом сенсоре. Интеллектуальные фотосенсоры со встроенными нейронными сетями, подобные сетчатке глаза, могут быть изготовлены из гибких биосовместимых материалов, и использоваться в автономных сенсорных системах распознавания объектов в реальном времени.
Исследованы фоточувствительные материалы и полупроводниковые соединения, изготовленные из композитных органических растворов и наночастиц, включающие два или более полупроводниковых материала в смешанном активном слое, к которым относятся: коллоидные квантовые точки, перовскиты, материалы на основе органических полупроводников, наночастиц и углеродных слоев. Рассмотрены структурные конфигурации приборов на их основе. Представлены возможные схемы переноса носителей заряда в перовскитных матрицах, показаны схемы распределения носителей заряда в композитных слоях на основе органических полупроводниковых соединений и наночастиц.
Быстрое развитие синтезируемых из растворов ИК-фотоприемников нового класса расширяет функциональные возможности классической фотоэлектроники за счет модификации свойств используемых органических материалов и гибкой настройки оптико-электронных характеристик. Предложены новые материалы, которые позволяют использовать передовые концепции систем ИК-детектирования, включая безпиксельную интеграцию с БИС считывания, различные механизмы усиления фотосигнала, облегченные конструкции, работу при повышенных температурах. Показаны перспективы применения изготовленных на основе органических полупроводниковых соединений фотоприемных устройств.
Для задачи дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в коротковолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра наиболее перспективны матричные и многорядные фотоприемные модули коротковолнового инфракрасного (ИК) диапазона спектра на основе гетероэпитаксиальных структур материалов тройного раствора кадмий-ртуть-теллур (КРТ, HgCdTe) и тройного раствора индий-галлий-арсенид (InGaAs), чувствительные в спектральном диапазоне от 1 до 2,5 мкм. Анализируются возможные архитектуры фоточувствительных элементов, обеспечивающие пониженные темновые токи и шумы.
Рассматриваются пути совершенствования и исследуются темновые токи и параметры гетероструктур n-on-p-типа на основе HgCdTe в широком температурном диапазоне, а также параметры барьерных структур р+-B-n-N+-типа на основе InGaAs.
Проведен расчет температурной зависимости темнового тока фотодиодов на основе тройного раствора InAs1-хSbх, детектирующих излучение в средневолновой инфракрасной (ИК) области спектра. По рассчитанным значениям темнового и фототока проведена оценка отношения сигнал/шум. Прогнозируемое отношение сигнал/шум составило ~103 при Т = 150 К, что подтверждает возможность достижения высоких фотоэлектрических параметров фотодиодов на основе тройных растворов InAs1-xSbx и пригодность их использования в высокотемпературных применениях.
Проведено исследование спектральных характеристик фотоприёмных устройств на основе многослойных гетероэпитаксиальных QWIP-структур AlGaAs/GaAs. Измерения проводились на Фурье-спектрометре Bruker Vertex-70 с аналоговым входом для подключения внешних фотоприемников. Максимум спектральной характеристики фоточувствительности для измеренных МФПУ находится в диапазоне длин волн = 8,2–8,6 мкм, что соответствует предварительным оценкам при моделировании гетероструктур
Проведены исследования оптических параметров униполярной nBn-гетероструктуры с поглощающим слоем n-CdHgTe, фоточувствительном в средневолновом ИК диапа-зоне спектра, измерены спектры отражения и пропускания. Определены толщины и состав слоев, входящих в nBn-гетероструктуру на основе CdHgTe методом подгонки параметров по теоретической модели расчета, связывающей электрические векторы падающего, отраженного и поглощенного излучения в рассматриваемой многослойной структуре. Спрогнозирована ожидаемая граничная длина волны ИК фотоприемника на основе этой nBn-гетероструктуры