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

Проведено эллипсометрическое исследование механизмов формирования интерфейсов CdxHg1-xTe/ CdyHg1-yTe/ CdxHg Te тонких квантовых ямами в методе молекулярно-лучевой эпитаксии. Показано, что формирование интерфейсов связано с изменением содержания Cd при переходе роста от барьерных слоев к слоям КЯ. Высокое качество структур наблюдалось при электронно-микроскопических исследованиях для обеих структур. Получены структуры КЯ с резким и плавным интерфейсами. Выполнена разработка научно-технологических основ планарной и «меза» технологий изготовления малоразмерных фотодиодов (менее 15 мкм) на основе ГЭС КРТ МЛЭ. Показано, что выработанный режим плазмохимического травления не приводит к необратимой конверсии типа проводимости КРТ, что наблюдается при стандартном травлении. Было продемонстрировано, что полученное в процессе травления аспектное отношение траншей в КРТ составляет около 1:1. Исследование режимов нанесения нового вида пассивирующего покрытия для фоточувствительных планарных и меза- структур на основе КРТ HfO2, нанесенного методом атомно слоевого осаждения выявило существенное влияние времени постплазменной откачки камеры на скорость роста и химический состав пленок HfO2. Установлено, что величины емкости пленки HfO2 и фиксированного заряда однородны по поверхности образца. Рассчитан спектр плотности быстрых поверхностных состояний для интерфейса HfO2−CdHgTe. Полученные пленки HfO2 обладают хорошей адгезией к КРТ. Был разработан набор методик численно-аналитического моделирования поведения фотоносителей в фоточувствительных матрицах на основе КРТ, учитывающих геометрию слоев, распределение легирующих примесей, состав и электрофизические свойства материала. Проведено выращивания короткопериодных (5-10 нм) множественных квантовых ям с изменением толщины слоев в отдельной квантовой яме. Показано, что изменение толщины слоев позволяет обеспечить изменение энергетической ширины запрещенной зоны, обеспечивающей изменение спектрального диапазона детекторов и лазеров в диапазоне от 2 до 10 мкм при комнатной температуре. Выполнено исследование транспорта носителей заряда в длинноволновых фотодиодах на основе P+-n переходов в ГЭС КРТ МЛЭ на подложках из Si. P+-n переход формировался имплантацией As с последующим отжигом. Высокоразрешающая просвечивающая электронная микроскопия показала, что активационный отжиг приводит к аннигиляции вызванных имплантацией квазиточечных и протяженных структурных дефектов (дислокационные петли) и исчезновению электрически активных дефектов, связанных с петлями. В некоторых образцах отжиг активирует акцепторные комплексы и изменяет степень электрической компенсации в базовом слое n-типа. Исследованы температурные зависимости темновых токов в диапазоне температур 78-122 K и фототоков длинноволновых р+-n ФД, изготовленных на основе ГЭС КРТ МЛЭ, выращенных на подложках Si с ориентацией (013). При температуре 78K и смещении до 0,1 В в темновом токе преобладает диффузионная компонента. Установлена возможность образования инверсионного поверхностного канала в кольцевой зоне под индиевым столбом. Ток через этот канал зависит от дополнительной засветки фотодиода. Влияние засветки проявляется в увеличении площади сбора фотогенерированных носителей заряда за счет инверсионного поверхностного канала, а также возможным увеличением плотности эффективного заряда диэлектрика Al2O3 и, соответственно, усилением степени инверсии поверхностного канала. Разработана спектральная эллипсометрическая методика in situ характеризации буферных слоёв ZnTe и CdTe (определение структурного совершенства слоёв, интерфейсных границ, температуры роста) и исследованы физико-химические процессы при выращивании гетероструктур ZnTe/CdTe. Полученные результаты исследования показывают, что спектральная эллипсометрия является чувствительным и эффективным методом in situ контроля процессов выращивания буферных слоёв ZnTe и CdTe на подложке Si. Разработанные методики позволяют в реальном времени контролировать оптические свойства, структурные особенности выращиваемых слоёв, температуру роста и оперативно подстраивать технологические параметры процесса для достижения оптимальных условий роста.