Введение к работе
Актуальность темм. Современные достижения топіопидокня, космической связи, оборонной промышленности, ПППКТрООІ'птіІІ высокого разрешения и техники дистанционного зондирования оказались возможными благодаря применению традиционных методов построения радиоаппаратуры (радиометром), так и успслпым ряврлботклм приёмников электромагнитного излучения для инфракрасной (Ж), суб-миллнметровой и миллиметровой областей спсктрп. Несмотря па то, что сегодня имеется широкий класс <ї'Отопріт(Ч<тш!юв для обітругения электромагнитного излучения, почти во всех областях спектра, прогресс в развитии систем дистанционного зондирования стимулирует поиск новых материалов и г?отоприё»'нмх устройств с более вм-сокой фото-чувствительностью и быстродействием в окнах прозрачности атмосферы:Я = 0,'1Г>-1,0Г,; 1,2-1,3; 2,1-2,4; 3,3-4,Г,; 4,5-а",1 и 0-13 м-км.
С другой стороні', проблема разработок іюлупроводпнкових іТю-топриёмннх устройств с высоком Готочувствителыюотт.ю определяется уровнем технологии получения іювгх материалов няиболсе полно удовлетворяющих растущим потребностям ИК и СЗЧ-Фотоолектро-ники (микроэлектроники) и явтяетея одноіі из актуальных зядяч.
Круг зядяч, рассмотренных в диссертанчч, мклы.чаот вопрос!.' совершенствования технологии получения материя лов ч нових іяотопріт-ёмных устройств, работающих в лирокои области спектра, (от Ж до СіЗЧ), экспериментальные и теоретические исследования свойств материалов и 'приборов на основе кремния, легированного пинком (SU%>i.> ) и соединений ^"Ч Тс , Pe,.&>Je-
а также Фотопроводимости л Ж, субиилтнметрог.оЛ и миллиметровой областях спектра.
Рассмотренный круг за дач.пи дичает в себіт проблеми материаловедения, <%г,ики т-',;;р,цого тела, электроники и -"отоолектропикч т;, на ночі взгляд, имеет вгишос значение как с научной, так и с практической точек зрения.
Целью паботи является: '"
- Экспериментальные и теоретические исследования статических,
,динрмических и шумовых характеристики^-гдиощшік структур с
базой, легированной цинком.
Исследования вольт-амперных и фотоэлектрических характеристик (7- П- hf СТРУКТУР ИЗ $.i< ?)1 >. .
Изучение условий синтеза кристаллов Ро;-*-^* 1е<Д.и,С-а>, Р&і-^.5>ихТе из пара (сохранение стехиометрии, способы легирования, состав шихты и технологические режимы), разработка технологии и получение на их основе Фотодиоцных и фото-транзисторных матричных структур с чувствительностью, ограниченной шумами фона.'
Исследования влияния примеси индия на энергетические и фотоэлектрические (в ИК и СВЧ областях,спектра) свойства соединений Pfe,-X Зи* Те.
Разработка ИК-радиометрических систем измерения слабых фотоэлектрических сигналов на основе фотоприёмных структур из &<и> и РВ,_х5ихТе<Ги,Сс/>.
Научная новизна. I. Впервые были проведены комплексные иссле
дования статических, динамических и шумовых характеристик S-
диодных структур с базой, компенсированной цинком. Впервые пре
дложена теория формирования ОС в р-і-ц диодах при наличии в
L - области примесей с одним глубоким уровнем в нижней половине
запрещённой зоны. Впервые обнаружено и дано объяснение аномаль
ной температурной зависимости напряжения срыва Uma% (постоян
ство и рост UmQx с ростом температуры) и генерации шумов с
аномально высокими значениями амплитуды на положительном участ
ке ВАХ. 1! -''-
2. Проведены исследования электрических и фотоэлектрических
свойств И+-И- И+ структур из Sl< Ъл > . Предложены механиз
мы высокой фоточувствительности {Sjt-5'IOBjSi в области спектра
Я = 0,8+1,2 мкм), сублинейности и /\/-образности ВАХ при 77К.
-
Предложен метод синтеза монокристаллов Рё,.х^ихТе< Ih,CcJ>, P^i-x^V Те. « обеспечивающий высокие значения электрофизических параметров и незначительные отступления от выбранного стехиоыетрического состава.
-
Предложены новые конструкции и технология получения фотодиодных линеек1 и полевых фототранзисторов на основе fi^g ои^цТе. с рядом преимуществ, позволяюгцие реализовать <тю'гоприёи:ые глтри-
іти с обняруїпггелтлюіі способной?!,!') сншнчннх: тс:,;оитон, ограниченных чіугаїш іїопп СЙ^З-S'tC'їй. Г1.
3. На основе анализа температурных зависимостей алектрофизичес-гах параметров объёмных монокристаччоп Л ЗПИТГЖОНЗЛЪНЫХ ІГОНОКР'Л-зталличееких плойок P&l.)iSn1(Te.< Іі\> покааано расширение ширині запрещённой зоны при легировании индием, начиная с концентрацій /Уги ^ Q5aT. /о . Получено эмпирическое уравнение изменения піртши запрещённой зоні; в зависимости от состава "х" и процепт-юго содергания индия.
І. Проведён янялиз високих значений фотопроводкг/ости, JV -обряз-юсти и других особенностей MX Ре,.,, АікТе.< Ги > при 4.2К в ірисутствии фонових засветок различной интенсивности и длиш; юлны для разных составов и концентрации индия (х =0,22+0,26; Vj„~0,I + Іат.#).
'. Проведён качественный расчёт ВЛХ P,_x-S»xTei > в ус;ю--пях фоновой подсветки 300К с учётом механизмов рассеяния поспелей тока и привлечением примесной ітодепн яп-теллеровских поп-ров.
. Впервые в P&i-x-S'V І<Іи> при 4,2К обнаружено гашение фо-овоіі (с долговременной релаксацией) фотопроводимости при поц-ветне СВЧ-излучением с 7. = Г> мм и рост её величині.' с увсличе-ием состава, "х" и /Хт„ . Предлагается механизм объясняющий это вление.
. Впервые в и- Р^отб оіч '&<Сс/> при 4,2К обнаружена- «ютопро-
эдимость в субмиллиметровой области спектра ( Л ~ 300 мкм) с
5нярукителъной способностью Ъ - Ю'см.Гц?2 вт ' и быст-
эдействием T^tdc.f вызванное появлением при легировании - РВС1б$и0цч Те. кадмием примесных центров с анергией акти-нщи' ~ 0^0045 эВ.
). Впервые в материалах Р^,.х 5>мхТе .<1И > Т1р7 4,24 обнпруже-5 и исследована фотопроводимость в ОЗЧ-области спектра. ( % = )0 мкм, 2 мм и 4 + З мм) с высоким быстродействием Z—ІОслх іксимумогл поточувствителыгости {$>и~Ю д>/Вту Р-гЮ'^&Т.Ги,'^ ) области длин воїн Я = 4 -f -ri мм.
Практическая ценность работы. I. Изготовленные ,j?-диодные структуры, отличающиеся температурной стабильностью напряжения срыва в широком интервале температур (20 * 100 С) и аномально высокими значениями шумов на положительном участке ВЛХ, были внедрены в практические разработки многоканальных датчиков случайных сигналов и управляемых генераторов шума п/я 1631 (г.Зеленоград, НИИФП). /-? -диоды были также использованы в разработках ИК-рэдиометров с Ъ*^ Юасм. Гц'/я Вт'1 . при 300К.
-
Приводится способ выращивания материалов Р6ьХ ^и * ^"е !I рё,.х5и^Те < Іц,Сс/>с высокими электрофизическими и структурными параметрами.
-
Разработаны и изготовлены новые структуры фотодиогпшх и полевых фототраняисторных линеек с улучшенной'конструкцией и воспроизводимой технологией, имеющие обнаружителъную способность, ограниченную шумамиифона в области і длин і волн 11Я s=8n,+ L3 мкм.
.4. Получены новые материалы R,_x-Stt^ Те< 1и,С^ > с высокой фо-точувствительностыо в субмиллиметровой и миллиметровой областях спектра, способные конкурировать с любым фотоприёмнам устройством в области длин волн % =300 мкм и А-=4 + 5 мм. 5. Разработали несколько лабораторных макетов ПК-радиометров на основе изготовленных фотоприёмников из SL
На защиту выносятся следующие научные положения:
Формирование участка отрицательного'дифференциального сопротивления на ВЛХ р-1-п ,5-диодов из L
сечення захвата электронов с полем.
3. Предложения по синтезу, и ,ооверг,юнетвоваш:ь технологии Рітр:.1—
ЩІІВ8НИЯ И ПОЛуЧеіШО МОНОІфИОТаЛЛИЧОСКИХ СЛИТКОВ СОЄДНИЄНИЙ
Я^ (..*.,.$ f* Те и ,Рё1_/п<Те..^1и,Сс{> с высокими иапямстра-ми (отсутствие малоугловых границ, назначитечьные отступления от стехлометрнческого состава, отсутствие блоков, ісопиенїрпіг-т-ей п = Ю'Чт 10<>см~* и подвшщостыо/^^^^Уб.с. при 7710.
4. Новые конструкции и технология получения шото диодных и поло
вых фототрапзисторішх лпнсек с чувствительностью, ограниченной
шумами фона (О*^3-5-/0' см. /ц^ 6т при 77". в области плин волн
Я =8 + 13 мкм) па основе оптимизации технологических режимов я мстоцов (условие сохрпнепня стехиометрии, соответствие ориентации подлетки и плёнки, температупы испарителя и подложки, скорости напилення и т.н.) внртчдвлиия плёночных структур П II р-типа соединений PwShx Те..
5. СвеТОШГб CTOK-ИСТОКОПЬ'Є ВЛХ II BIJCOKOe ЗНПЧеНПе амнер-ВЛТТНОЙ
фюточувствитолъности (Sj > 70А/Вт) тюлевого <'ототранзистора с изо
лированным ЗГТВОРОІ." HP. ОСНОВе P&0f%St1oxx Тб_ СВЯЗАНО С НаПН-
чием рекомбинаптюнного "барьера" и Гопмировапчсм фотона.пря;':сипя при освещении р-в-иерехода, эквивалентного по своему действию
ПРЯМОМУ СМСДЄІИГО НЛ ЯЯТВОрС, ЧТО ПРИВОДИТ К рПС'ГіІТреіІИП Канала
и соответствующему росту ТОКР стока. G. Расширение ширины запродённой гонг P$hX 5пх Те.<1ц > при ^ІУі^-0,5аТ.% связано с образованием четнрох-компоиентиого твёрдого раствора при легировании индием. Получена эмпирическая формула зависимости изменения запрошенной зони от состава "х" и процентного содержания индия.
7. Фотоэлектрические свойства и отрицательная дифференциальная
проводимость в Р6,_х Snx Те < 1и > при 4,2К в присутствии фоно
вых засветок различной интенсивности связан" с яп-теллеровски-
ми центрами, образованные вакансиями теллура. Расчёт ВЛХ при
Т = ЗООХ на основе модели яп-те'перовских центров соответствует экспериментальным данным.
8. Обнаруженный аффект гятсния Фоновой фотопроводимости С11Ч-
излучением с X = 5 мм в P&,.xhATe.^ln> при 4,2К вызван
резонансным поглощением излучения с Я = > мм кристаллической
решёткой,' котовое сопровождается захватом свободных электронов
но ян-теллсровские центри.
П. Обнаруженная в П-РЬо^Ч^сЩ '< ^-^ при 4,2Х на основе радиометрических измерений фотопроводимость в области спектра с
IX =300 мкм, быстродействием Т~10~ с. и ~Ь*а10 см. Гц . 6т ' , обусловлена формированием при і легировании Р-Р&о,іб ^о,хн Те. примесного центра с энергией ионизации ~ 0,0045 эВ.
10. Обнаруженная в Р&,_х &и^Те^ 1п> при 4,2К фотопроводимость
в субмиллиметровой и миллиметровой областях спектра (Я =100мкм,
Я =2 мм и Я =4 + 5 мм) с быстродействием Х~10~&6. и макси
мумом фоточувствительности в облясти длин волн Я =4 + Г) мм
(5и*Ю- Юг$/Вт, РаОЧХЬт. Пі'/л ) представляется / -
фотопроводшдасть'ю и подтверждается исследованиями в магнитных полях до II ^ 3 'Гл.
11. Конструкции новых вариантов ИК-рядиогетров с внутренней мо
дуляцией на основе изготовленных фотоприёг.шых структур.
Аппобания работы. По материалам диссертации опубликовано -33 работы. Основіше результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах Института радиофизики и электроники НАН Армении, в НШФП (п/я IG3I г.Зеленоград), на кафедре полупроводников и диэлектриков Киевского политехнического института, в Институте прикладной физики АН (г.Иикготй Новгород), в Физико-техническом институте All Узбекистана (г.Ташкент), в ЛЭТИ (г.Ленинград), в Государственном оптическом институте (ГИП0, г.Казань), в Институте физики полупроводников (г.Киев), на Республиканских (Бюракан, Диликан, Нор-Амберд), Всесоюзных (г.Ташкент, Ереван, Саратов) конференциях, на заседании секции физики АН Армении.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти
глав, заключения и списка цитируемой' литературы.
Диссертация изложена на 239 страницах машинописного текста,
включая 62 рисунка, одну таблицу и список цитируемой литерату
ры из 228 наименований. ,ц
