Прикладная физика

Исследовано распределение концентрации свободных электронов вдоль оси для двух монокристаллов n-GaAs, выращенных методом Чохральского и легированных теллуром. Значение концентрации свободных электронов определялось двумя методами: традиционным холловским с использованием четырёхконтактной геометрии (метод Ван дер Пау) и с помощью разработанного авторами оптического метода, основанного на анализе спектров инфракрасного отражения. Все измерения проводились при комнатной температуре. Показано, что зависимости холловской и оптической концентраций свободных электронов от координаты вдоль оси монокристалла описываются линейными функциями. Соответственно, значения реального коэффициента распределения теллура в слитке могут заметно отличаться от общепринятого (табличного). Установлено, что холловская концентрация превышает оптическую, то есть приповерхностные слои исследованных образцов обеднены свободными электронами (по сравнению с объёмом), причём расхождение между значениями холловской и оптической концентраций увеличивается вдоль оси слитка.

Изучены темновые токи в средневолновых nBn-структурах на основе HgCdTe, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках из GaAs (013). Пассивация поверхности боковых стенок мезаструктур проводилась путем формирования пленок Al2O3 методом плазменного атомно-слоевого осаждения. Показано, что при составе в барьерном слое, равном 0,84, в nBn-структурах доминирует объемная компонента темнового тока. Энергия активации тока близка к ширине запрещенной зоны поглощающего слоя. Сопоставление экспериментальных результатов с эмпирической моделью Rule07 показало, что в диапазоне температур 180–300 К в изготовленных структурах реализуется диффузионное ограничение темнового тока. Из проведенных исследований следует, что молекулярно-лучевая эпитаксия HgCdTe на альтернативных подложках является перспективным способом создания униполярных барьерных детекторов для спектрального диапазона 3–5 мкм.

На основе детекторов CdTe, CdZnTe был создан ряд перспективных приборов, которые нашли применение в металлургии, в решении задач таможенного контроля и задач контроля ядерных материалов, а также созданы матричные детекторы для изготовления медицинских приборов и приборов для исследования космического пространства. Созданные детекторы на основе поликристаллических полупроводниковых пленок CdTe и CdZnTe со столбчатой структурой на молибденовой подложке с толщиной d = 30150 мкм имели удельное сопротивление  > 105108 cм. Энергетическое разрешение CdTe и CdZnTe детекторов при комнатной температуре достигает величины 5 кэВ на линии 59,6 кэВ 241Am.

Трехмерное моделирование диффузии фотогенерированных носителей заряда методом Монте-Карло было использовано для вычисления пространственных профилей фото-ответа фотодиода фотоприёмной матрицы при сканировании этим диодом узкого линейного пятна засветки в пределе максимально большого и предельно малого фототока, отбираемого диодами матрицы из абсорбера. Моделирование проводилось для традиционной матрицы на основе материала кадмий-ртуть-теллур с архитектурой n-на-p и квадратными диодами. Установлены тонкие детали профилей, обусловленные наличием у матрицы структуры; показана зависимость выявленных особенностей от граничных условий диффузионной задачи на n-областях диодов. Дано объяснение формы профилей, естественным образом вытекающее из вычислительной процедуры задачи.

Рассматриваются вопросы моделирования процессов самоорганизации и само сборки в сложных наноэлектромеханических системах (НЭМС) с бинарно-сопряженными функциональными элементами подсистемам и исследуется возникновение в них эф-фекта самоорганизации. На базе предложенных принципов моделирования устанавливается возможность создания изделий НЭМС с совмещением действующих гармонично технических и природных функциональных элементов (например, сложных многоэлементных систем нелинейно связанных разноструктурных молекулярных моторов).

Тройной раствор теллурида-кадмия-ртути (КРТ, HgCdTe) один из немногих полупроводниковых материалов, используемый для конструирования фотодиодов с высокими параметрами. Проведен оценочный расчет параметров перспективной P+-ν()-N+-фотодиодной структуры на основе КРТ, предназначенной для построения матриц фоточувствительных элементов с малым темновым током. Уменьшение темнового тока достигается за счет использования усовершенствованной трехслойной архитектуры, состоящей из высоколегированных контактных слоев КРТ, между которыми располагается слаболегированный поглощающий слой, в котором подавляются процессы тепловой генерации-рекомбинации. Таким образом, в заданном спектральном диапазоне темновые токи ФЧЭ на основе трехслойной архитектуры КРТ уменьшаются до предела, задаваемого фоновым излучением и механизмом излучатель-ной рекомбинации, а при условии полного обеднения области поглощения – до значения, определяемого механизмом генерации-рекомбинации Шокли-Рида-Холла.

Проведено исследование структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) на основе n-HgCdTe (КРТ), выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), в конфигурации NBN, предназначенных для разработки на их основе инфракрасных (ИК) детекторов с пониженными темновыми токами для MWIR и LWIR спектральных областей. Методом спектроскопии комплексной проводимости исследовано 7 типов МДП-структур. Показано, что измерения частотных зависимостей адмиттанса МДП-приборов позволяют точно определить дифференциальное сопротивление барьерной структуры. Установлено, что для одной из исследованных структур дифференциальное сопротивление определяется объемной компонентой темнового тока, а компонента поверхностной утечки не оказывает существенного влияния на измеряемый адмиттанс. Показано, что в случае решения проблемы пассивации меза-структур возможно изготовление эффективных MWIR и LWIR nBn, NBN-детекторов на основе МЛЭ HgCdTe с высокими пороговыми параметрами.

Показано, что предварительная термическая обработка в кислороде и азоте при 1150 С в течение нескольких часов значительно снижает неравномерность в распределении времени жизни неосновных носителей заряда в кремнии, выращенном методом Чохральского, при последующих диффузионных процессах. Полученный результат объясняется образованием при отжиге приповехностной зоны с пониженной концентрацией кислорода, в которой подавляется рост кислородных преципитатов.

Представлены результаты исследования структур металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) на основе n-HgCdTe nBn-структуры со сверхрешеткой в барьерной области. Исследования проводились методом спектроскопии адмиттанса в широком диапазоне температур, который позволяет определять широкий спектр свойств полупроводниковых гетероструктур. Получены зависимости адмиттанса от частоты и напряжения, а также временные зависимости релаксации электрической ёмкости при импульсной подаче напряжения смещения. Определена зависимость концентрации основных носителей заряда от температуры. По температурным зависимостям продольного сопротивления объема эпитаксиальной пленки и концентрации основных носителей заряда получены значения энергий активации. Проведен анализ влияния ИК-подсветки на различные характеристики структуры. Показано, что наличие постоянной ИК-подсветки приводит к изменению уровня ёмкости как в режиме инверсии, так и в режиме обогащения

Проведено исследование электрофизических и фотоэлектических характеристик барьерных фоточувствительных структур в конфигурации NBN на основе n-HgCdTe (КРТ). Исследовано семь различных типов фоточувствительных структур для MWIR и LWIR диапазонов инфракрасного (ИК) излучения, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Проведены измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ), как темновых, так и при наличии засветки. Определены параметры NBN-структуры, реализующей максимальные значения фототока и минимальные значения темновых токов в рабочем интервале напряжений смещения V для повышенных рабочих температур.

Рассматривается возможности использования халькогенидных стеклообразных полупроводниковых пленок (ХСП) для записи голографических информации. Приведены схемы и результаты исследования дифракционный эффективности в зависимости от времени экспозиции и голографических характеристик халькогенидных стеклообразных полупроводниковых пленок под влиянием -облучения. Установлено, что в интервале доз облучения (103–109 Р Рентген,) оптические свойства ХСП пленок и дифракционные эффективности записанных голограмм практически не меняются. Также доказано, что срок хранения записанных голограмм при определенных условиях составляет 15 лет и более.

Представлены экспериментальные результаты исследования монокристаллического Si (111), легированного хромом. Исследования проводились с использованием метода спектроскопии комбинационного рассеяния света (Рамановская спектроскопия). Обнаружено, что легирование переходных элементов к чистому кремнию приводит к уменьшению интенсивности рамановских пиков в несколько раз, а также к образованию дополнительных пиков на спектрах.