Физико-химические основы базовых элементов перспективных систем технического зрения инфракрасного диапазона спектра

Объектом исследования являются гетероэпитаксиальные структуры на основе КРТ, включая нанослои и квантовые ямы, технология их выращивания методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) и свойства, изготовленных из них оптоэлектронных устройств. Цель работы - разработка физико-химических основ технологии и создание фоточувствительных и излучающих материалов и базовых элементов для оптико-электронных систем. Проведено исследование легирования гетероэпитаксиальных структур HgCdTe акцепторными примесями, и оценка возможности использования в качестве основного акцептора в методе МЛЭ для As и Sb. Установлено, что по сравнению с легированием As, для легирования с помощью Sb требуются высокие температуры зоны нагрева Sb (более 500 ̊С) и зоны крекинга (более 900 ̊С). Это приводит к существенному повышению температуры растущей пленки КРТ, и как следствие образованию рельефа, анизотропии параметров и большой плотности V-дефектов. Кроме этого наблюдается большой разброс электрофизических параметров как после роста, так и после активационного отжига. Исходя из полученных результатов, для акцепторного легирования слоев КРТ и создания диодов р+-n типа нами было выбрано легирование мышьяком с помощью ионной имплантации и последующего активационного отжига. Проведено исследование радиационных дефектов и их трансформации при отжиге в имплантированных мышьяком пленках HgCdTe, направленное на решение проблемы активации атомов As и получения фотодиодов на основе слоя р на n-базе, имеющих малые темновые токи. Разработаны основы проектирования крупноформатных ИК ФП позволяющие разрабатывать и изготавливать ИК ФП с числом пикселей до 5×106. Разработан метод восстановления профиля состава по толщине в тонких нанослоях гетероструктур, выращиваемых методом молекулярно-лучевой эпитаксии на основе соединения кадмий-ртуть-теллур. Метод основан на использовании непрерывных во времени in situ эллипсометрических измерений. Показана высокая воспроизводимость процесса роста и параметров структур с квантовыми ямами. Найдено, что между слоями спейсеров и HgTe наблюдаются размытые границы, что определяет состав слоев HgTe c добавкой менее 0,03 молярных долей СdTe. Определена длина волны правой границы спектральной чувствительности, зависящей от толщины слоя HgTe. При изменении толщины слоя HgTe от 4 нм до 9,5 нм длина волны изменяется от 5 до 11 мкм. При исследовании поведения эпитаксиальных пленок на основе Hg1-xCdxTe обнаружены новые физические эффекты: - сигнал терагерцовой фотопроводимости асимметричен по магнитному полю, что можно рассматривать как нарушение Т-симметрии. Кроме того, фотопроводимость оказывается несимметричной для двух зеркально расположенных пар потенциальных контактов, что можно трактовать как нарушение Р-симметрии. В то же время, фотоотклик не изменяется при одновременной инверсии магнитного поля и замене пары потенциальных контактов на зеркально расположенную, демонстрируя PT-инвариантность. - при исследовании фотогальванического эффекта в пленках на основе Hg1-xCdxTe в терагерцовой области спектра наблюдается нарушение кристаллической симметрии, в результате которого возникает фототок, направление которого меняется на противоположное при переключении спиральности фотона. Следовательно, при разработке фотоприемников дальнего ИК и ТГц диапазона на основе твердых растворов Hg1−xCdxTe как при измерении фотопроводимости, так и фотогальванических эффектов необходимо учитывать нарушения симметрии. Более того, возможно ожидать увеличения фоточувствительности при использовании структур с множественными HgTe квантовыми ямами из-за нарушения симметрии кристалла, связанной с неоднородностью состава в фоточувствительной структуре. Разработана спектральная эллипсометрическая методика бесконтактного in situ контроля температуры при выращивании буферных слоев CdTe. В процессе работы проводились экспериментальные исследования температурной зависимости эллипсометрических спектров и оптических постоянных плёнок CdTe. Исследования проводились как in situ на установке по выращиванию соединений A2B6, так и ex situ для получения калибровочных характеристик. В результате обобщения полученных данных были разработаны уникальные эллипсометрические методы определения температуры растущих (выращенных) слоёв CdTe. Разработанные методы могут быть использованы для повышения воспроизводимости температурных режимов в технологии создания фоточувствительных структур с высокими электрофизическими характеристиками.