Введение к работе
Актуальность темы диссертации.
Одной из основных задач современной оптоэлектроники является разработка и со-v3AaHHe новых сротоприемиых'систем ближнего, среднего и дальнего инфракрасного (ИК) диапазонов. Системы такого рода используются в оптичест' й земной и космической связи, в различных система v обнаружения, наведения, слежения, геплопеленгации, оптической локации, в геофизике, медицине и других областях.
Как правило, оптоэлектронные системы ИК-диапаэона создаются на базе полупроводниковых материалов, ширина запрещенной зоны или энергия ионизации примеси которых определяет рабочий спектральный диапазон таких устройств. Для работы в среднем и дальнем ИК-диапазонах в современных оптоэлекгронных приборах применяются узкозонные полупроводники. Одними из наиболее часто используемых материалов такого рода являются тройные соединения Cd|_,Hg,Te, Pb|_,Sn»Te. Это связано с возможностью плавного изменения ширины запрещенной зоны в них как при изменении состава так и при внешних воздействиях, что позволяет перестраивать спектральный диапазон работы прибора.
Легирование данных соединений элементами третьей группы приводит к возникновению в них перестраиваемых дефектов, что приводит к появлению в дагшых соединениях новых необычных явлений. Твердые растворы Pbj_.Jn»Te:In обладают высокой пространственной однородностью концентрации носителей заряда, стабильностью свойств и слабой чувствительностью к влиянию неконтролируемых примесей и дефекті . При температурах Т < 25—30 К данные материалы имеют большие времена жизни носителей заряда (т = 103—104 с) и очень чувствительны к ИК излучению (ir^/ir* = 10і—10" при Т * 4,2 К, где а" — проводимость образца при освещении, сг' — проводимость образца при полной экрашеровке от фонового излучения). Такие уникальные свойства делают рассматриваемые материалы весьма перспективными с точки зрения использования их в ИК-фотоприемных системах.
Дополнительное легирование сплавов Pbi^SnjTetln германием приводит к умень-
шенню времени жизни носителей заряда до I0~2-I0~jc создавая возможности управления временем жизни. Это позволяет создавать на их основе ИК фогоприсмннки, работающие в модуляционном режиме.
Благодаря большим временам жизни неравновесных носителей заряда данные полупроводниковые соединения перспективны для создания матричных фотоприемных устройств (ФПУ) в ИК диапазоне, работающих по принципу накопления заряда. Отличительной особенностью такого ФПУ является накопление заряда в элементе разложения матрицы, что устраняет необходимость иметь элемент накопления и суммирования сигнала, как в случге фотоприемников на основе КРТ или примесных германия и Кремния.
Большинство вышеупомянутых эффектов наблюдалось на объемных кристаллах. Однако, для создания оптоэлектронных приборов наиболее удобны эпитаксиальные плен ки.
Цель диссертационной работы состояла:
в комплексном изучении электрофизических и оптических свойств эпитаксиаль-ных пленок Pb|_,«>Sn,CieJ,Te:Iti с целью получения наиболее полной информации о структуре примесных состояний, а также обнаружения и детального исследования новых явлений, обусловленных особенностями этой структуры,
в создании макетов фотоприемных устройств на основе этих соединений и исследовании их характеристик.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в неіі:
впервые проведены комплексные исследования электрофизических и оптических свойств эпитахсиальных пленок Pb|_,_>Sn,GeyTe:In (х > О,06; у > 0,03; !f/„ ~ 1 ат%), выращенных методом горячей стенки,
впервые измерены и исследованы спектры фотопроводимости эпитаксиальных пленок РЬ|-.-іп«<>ЧІЬ:Іп (* > 0.06; у > 0,03; #|„ ~ I ат%) при Т < 25 К,
созданы макеты фоторезисторов на основе этих пленок и исследованы их характеристики.
На защиту наносятся следующие положення!
-
Время жизни носителей заряд» в эпитаксиальных пленках Pb1.,_ySn.GevTe:In (і > 0,06; у > 0,0 jV|, ~ 1 ат%) зависит от температуры, состава и степени легирования пленок и уменьшается с увеличением температуры по экспоненциальному закону, изменяясь от т = 2 Ю-1—10 с при Т » 10 К до г ~ Ю'* с при Т - 30 К при фоновом потоке 1011 см-2с~'.
-
Концентрация носителей заряда в силыюлсгированных эпитаксиальных пленках Pbi-.^Sn^GeyTeitn в температурном интервале 10-30 К при наличии фоновой подсветки определяется квадратичной рекомбинацией носителей заряда.
-
Эпитаксиальные пленки РЬ^.^Бл.СеуТеМп имеют примесную фот проводимость в спектральном диапазоне 10-20 мкм. Наличие двух максимумов в спектрах фотопроводимости хорошо объясняется в рамках модели о двухэлектронном захвате на примесный центр. Спектры примесной фотопроводимости имеют тонкую структуру, обусловленную электгончрононным взаимодействием.
-
Полученные экспериментальные результаты объясняются с помощью предложенной модели двухэлектронного захвата на примесный іденттл. В рамках данной модели определены параметры примесных центров: энергия нерасщепленного примесного уровня, энергии термической и оптической активации, величины Энергетических барьеров между различными зарядовыми состояниями примесных центров,
-
Температура BLIP режима для фотореэисторов созданных на основе данных эпитаксиальных пленок составляет 25—30 К при фоновых потоках 10е—10" cm~jc_1> что существенно выше, чем у фотоприемїгиков на основе примесных германия и »чя на эту спектралыгую область. Разработана лабораторная технология гогопяипвм» линеек многоэлементных фоторезисторов.
-
D элемента разложения матричного фотопрмеміплх» с X —У—адресацией на основе эпитаксиальных пленок РЬі-.-^п.Ое^ТеїГп для матрицы форматом 32x32 соста-атяст S6% от D' изолированного элемента.
Практическая ценность работы заключается в том, что проведенные в ней исследования показали, что рассматриваемые материалы предстааляют практический интерес для создания фотоприемных устройств. Удельная обнаружительная способность фото-реэисторов, созданных на их основе, равна О* = 1,7 КУ1 смГц'/'Вт"1 при фоновом потоке <* 10,2см~їс"' и температуре Т * Z5K и ограничена срлуктуациями фонового излучения. В «эуль^ате проведенных исследований разработана лабораторная технология изготовления эпитаксиальных пленок Pb|-.a_vSn,Gej,Te:In с необходимыми значениями концентрации и подвижности носителей заряда
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на:
Всесоюзном научном семинаре "Многослойные структуры на основе узкозонных полупроводников" (Нукус, 1990),
14 научно-техническом совещании по фотоэлектрическим и тепловым приемникам излучен'іі (Москва, 1991),
II Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ашхабад, ї91),
V Всесоюзном семинаре "Тонкие пленки и эпитаксиальные слои узкозонных лолу-проводникои" (Нижний Новгород, 1991),
научтлх конференциях МФТИ, в также на научных семинарах НИИПФ.
Публикации.
Основные результаты диссертации oir/бликованы в 9 печатных роботах, перечисленных к конце автореферата.
Структура и объем диссертации.
