Научный архив: статьи

В Москве 24–25 июня 2025 г. при поддержке Минпромторга России, Минобрнауки России, РАН, ГК «Росатом», ГК «Ростех», ГК «Роскосмос» и ФПИ состоялся Форум «Будущее фотоники». Он был организован холдингом АО «Швабе» при активном участии Государственного научного центра Российской Федерации АО «НПО «Орион». В работе Форума приняли участие, представители федеральных органов исполнительной власти, вузов, научных и промышленных предприятий. В выступлениях докладчиков на секции «Системы технического зрения» прозвучали предложения для достижения технологического суверенитета Российской Федерации в области фотоники и оптоэлектроники

Представлена концепция ячейки считывания матричных фотоприемных устройств для детектирования лазерного излучения в ИК диапазоне. Особенностью ячейки сч итывания является наличие детектора импульсного излучения, позволяющего восст ановить форму сигнала. Использование так ого подхода позволяет по форме и частоте сигнала определить тип объекта.

Рассмотрены основные области применения оптико-электронных систем коротковолнового, средневолнового и длинноволнового инфракрасных диапазонов на основе матричных фотоприемных устройств. Приведена обобщенная схема работы оптико-электронной системы, обобщенный анализ инфракрасных спектральных диапазонов с указанием решаемых задач, текущий технический уровень матричных фотоприемных устройств и требования к ним для решения различных задач.

Приводятся результаты исследований по разработке конструктивно-технологических решений многоэлементных фотоприемных алмазных устройств УФ-диапазона. Приведены результаты применения ионной имплантации бора и азота для формирования заглубленных фоточувствительных слоев. Показано, что полиэнергетическая имплантация больших доз бора позволяет получать слои с высокой проводимостью при комнатной температуре. Полученные экспериментальные зависимости по дозе и энергии ионов демонстрируют возможности создания сильно компенсированных, слаболегированных слоев p-типа и сильнолегированных слоев p+-ram. Показаны конструкция и топология фоточувствительных ячеек на основе ионно-имплантированных слоев матричных алмазных фотоприемников.

Рассмотрен принцип работы и надежность фотомодулей (ФМ) формата 102410 элементов на основе кадмий-ртуть-теллура (КРТ), чувствительных в инфракрасном (ИК) диапазоне, предназначенных для построения многорядного крупноформатного фотоприёмного устройства (ФПУ), разработанного для бортовой аппаратуры сканирующего типа, предназначенной для гидрометеорологических исследований и другого гражданского применения в части космического мониторинга Земли. Построена структурная схема надежности ФМ, проведен расчет надежности ФМ, подтверждающий достаточное время безотказной работы ФМ на протяжении более 10 лет на геостационарной орбите (ГСО)

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.