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.

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.

Введено понятие профильной фотоэлектроники. На примере фоторезистора изложены основные принципы этого нового, многообещающего направления фотоэлектроники. Оно базируется на специальном профилировании формы потока падающего излучения относительно направления электрического поля. Теоретически показана возможность новых, аномальных фотоэлектрических эффектов в полу-проводниках. Они названы самоусилением падающего излучения, самогашением его и самоинверсией знака скорости фотогенерации (возникновение отрицательной фотопроводимости). Приведены конкретные примеры для всех трех типов профилей. Результаты анализа фундаментально изменяют современные представления о возможных фотоэлектрических эффектах в полупроводниках. Эти результаты открывают возможность создания нового поколения фотодетекторов слабого оптического и коротковолнового излучений.