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

Выполнено исследование морфологии поверхности буферных слоёв ZnTe и CdTe методами конфокальной и интерференционной профилометрии, в зависимости от условий роста. Показано, что оптическая когерентная профилометрия является эффективным средством характеризации морфологии поверхности буферных слоёв ZnTe и CdTe. Представлена двухмасштабная модель рельефа. Проведено исследований структурного совершенства слоев и сопровождение технологии выращивания множественных CdHgTe квантовых ям методом генерации второй гармоники. Установлена корреляция между амплитудой сигнала ГВГ и структурным совершенством слоев. Установлено, что появление квазипериодического изменения сигнала в минимуме азимутальной зависимости соответствует малым временам жизни носителей заряда. Проведены измерения слабых напряжений в слое HgCdTe гетероструктуры (013)HgCdTe/CdTe/ZnTe/GaAs. Для слоя состава x=0,47 на подожке состава x=0,23 напряжения составили около 20.0 МПа. Наблюдаемая тонкая структура в форме сигнала второй гармоники позволяет сделать вывод о сложной структуре остаточных напряжений. Разработаны научные основы технологии выращивания множественных CdHgTe квантовых ям методом МЛЭ различной толщины для инфракрасных фотоприемников. Проведено исследование положения уровней размерного квантования в структуре с множественными квантовыми ямами HgTe/Hg0.3Cd0.7Te. Измерены темновые токи nB(SL)n-структур со сверхрешёткой в барьерной области на основе МЛЭ Hg1-xCdxTe в диапазоне температур от 11 К до 300 К для структур с различными диаметрами поперечного сечения. Определены температурные зависимости объемной компоненты плотности темнового тока и плотности тока поверхностной утечки. Показано, что в исследованных структурах вольт-амперные характеристики формируются как объемной, так и поверхностной составляющими тока в зависимости от температуры и напряжения смещения. Определены энергии активации процесса, участвующего в увеличении плотности тока с ростом температуры, которые для всех исследованных образцов величины энергий находились в диапазоне 288–353 мэВ, которые хорошо согласуются со значением ширины запрещенной зоны (Eg) образцов в контактном слое структуры. Разработаны научные основы технологии изготовления фоточувствительных элементов для средневолнового спектрального диапазона на основе CdHgTe на подложках из кремния с рабочей температурой выше 100 К. Разработана конструкция и изготовлены матричные ФЧЭ форматом 640×512 элементов с шагом 15 мкм с длинноволновой границей чувствительности по уровню 0,5 около 5,2 мкм, для средневолнового ИК-диапазона 3–5 мкм. Разработана схема и топология, по которым изготовлены матричные мультиплексоры форматом 640×512 элементов с шагом 15 мкм, обеспечивающие рабочие режимы на тактовой частоте до 20 МГц. Изготовлено матричное ФПУ форматом 640×512 элементов с шагом 15 мкм с параметрами: средняя величина NETD < 20 мК, количество работоспособных элементов > 99,8 %. Фотоэлектрические параметры ФПУ остаются удовлетворительными при повышении рабочей температуры вплоть до 140 К. Повышение рабочей температуры с 70 до 110 К позволяет понизить потребляемую мощность микрокриогенных систем примерно в 1,8 раза. Исследована температурная зависимость спектров оптических постоянных плёнок CdTe, выращенных методом МЛЭ, в области края поглощения и в области Урбаха. Получены аналитические формулы, представляющие зависимость спектров показателя поглощения от температуры в параметрическом виде. Установлено наличие слабого хвоста поглощения в области прозрачности. Зависимость поглощения от длины волны описывается суммой двух экспонент. Одна из них ассоциируется с электрон-фононным взаимодействием, а вторая описывает вклад структурных дефектов. Наличие протяжённого хвоста поглощения может служить характеристикой структурного совершенства материала. Разработаны основы проектирования кремниевых схем считывания сигнала, позволяющих изготавливать ИК фотоприемники с размером пиксела 15 мкм и меньше.