Разработать, изготовить, провести исследования экспериментальных образцов материалов и опытной партии оптоэлектронных компонентов (светодиодов, фотоприемников и оптических сенсоров) на основе диодных гетероструктур из твердых растворов InAsSb(P) для спектральной области 8-12 мкм.

В предлагаемом проекте, для создания фотоприемников и источников люминесценции, работающих в длинноволновой области спектра предлагается использовать уникальные свойства твердого раствора InAsSb, у которого существует область составов с минимальной шириной запрещенной зоны около 100 мэВ (при комнатной температуре) и разработать диодные одиночные или двойные гетероструктуры InAsSbP/InAsSb/InAsSbP, фоточувствительные в диапазоне длин волн l=8-12 мкм, на основе которых получить фотоприемники и источники люминесценции флип-чип конструкции, одиночные и многоэлементные небольшой размерности, в том числе с иммерсионным сопряжением с линзами или оптическими волокнами - что является новым технологическим решением и новой компонентной базой для отечественной оптоэлектроники. Для выполнения поставленной задачи и реализации описанного выше подхода, предполагается проведение следующих исследований и разработок, которые будут выполнены впервые в отечественной практике: Разработка методики выращивания эпитаксиальных слоев InAsSbх в области составов х>0.3, одиночных гетроструктур n-InAs/InAsSbx/P-InAsSbP и двойных гетроструктур N-InAsSbP/InAsSbx/P-InAsSbP на промежуточных буферных слоях толщиной 2-3 мкм, которые обеспечивают резкое изменение параметра решетки и условия для роста близких к изопериодным гетроструктур InAsSbx/P-InAsSbP и N-InAsSbP/InAsSbx/P-InAsSbP; Проведение исследований оптических, электрических и фотоэлектрических свойств полученных эпитаксиальных слоев и структур; Проведение исследований состава, распределения примесей, кристаллического совершенства, распределения концентрации свободных носителей и дефектов с глубокими уровнями по толщине полученных эпитаксиальных слоев и структур (с привлечением оборудования и специалистов ЦКП) – которые необходимы для нахождения оптимальных условий роста и минимизации негативного влияния рассогласования периода решетки подложки и фоточувствительного слоя на его фотоэлектрические характеристики; Выращивание фоточувствительных структур с оптимально выбранными составами и уровнями легирования эпитаксиальных слоев и длинноволновой границей фоточувствительности до 12 мкм; Разработка методики постростовой обработки фоточувствительных структур и изготовление на ее основе экспериментальных образцов чипов фотоприемников и источников люминесценции флип-чип конструкции с вводом/выводом излучения через подложку n-InAs или широкозонный слой N-InAsSbP; Исследование оптических, электрических и фотоэлектрических характеристик экспериментальных образцов иммерсионных фотоприемников и источников люминесценции; Исследование возможности использования разработанных компонентов в оптических сенсорах для газового анализа Коллектив заявителей проекта, обладает многолетним опытом разработки, создания и исследований оптоэлектронных приборов на основе полупроводниковых материалов группы А3В5. Авторами проекта были предложены и реализованы оригинальные методы выращивания эпитаксиальных слоев In(Ga)AsSbP и гетероструктур на их основе, а также методы постростовой обработки, которые привели к новым научным и научно-практическим результатам. Патентный поиск проводился по российской базе данных (http://www1.fips.ru/wps/portal/Registers/), по ключевым словам: длинноволновый фотодиод, фотодиод InAsSb, иммерсионный фотодиод. Следует отметить, что компаний, коллективов или отдельных сотрудников, работающих в области разработки данных или близких по назначению оптоэлектронных компонентов крайне мало. В связи с этим, поиск патентов по теме проекта, новых результатов не дал, показав, что большинство патентов имеющих отношение к рассматриваемой области имеют авторство участников данного проекта. По завершению выполнения данного проекта планируется к подаче заявки на Патенты РФ на изобретение с названием «Конструкция ИК фотодиода с метаморфным слоем», «ИК оптический сенсор». Конечной продукцией по проекту будут следующие изделия: ¾ Иммерсионный фотодиод с длинноволновой границей фоточувствительности 9.5, 10.5, 11.5 мкм: PD95, PD11, PD12 ¾Иммерсионный фотодиод с длинноволновой границей фоточувствительности 9.5, 10.5, 11.5 мкм, собранный на однокаскадном элементе Пельтье: PD95TO8TEC1, PD11 TO8TEC1, PD12TO8TEC1 ¾Иммерсионный фотодиод с длинноволновой границей фоточувствительности 9.5, 10.5, 11.5 мкм, с увеличенным размером элемента, собранный на трехкаскадном элементе Пельтье: PD95TO8TEC3, PD11 TO8TEC3, PD12TO8TEC3 В сравнении с аналогами разрабатываемый в рамках проекта продукт превосходит аналоги либо по техническим характеристикам, либо (при близких технических характеристиках) по цене. Дополнительным фактором, способствующем внедрению разрабатываемого продукта является требования по импортозамещению, внедряемые в изделия, связанные со специальными применениями, которые как ожидается, составят заметную долю в объеме продаж. Кроме того, значительным конкурентным преимуществом разрабатываемого продукта является возможность его адаптации под конкретное техническое задание заказчика, что является слишком дорогим в случае зарубежного производителя. Объем и емкость рынка для разрабатываемого продукта можно представить, если рассматривать его как часть двух рынков: рынка инфракрасных детекторов для газового анализа и рынка тепловизионных и пирометрических сенсоров. Информацию о рынке инфракрасных детекторов, можно получить рассматривая его, как часть рынка газовых сенсоров. Согласно UK MNT Roadmap, рынок газовых сенсоров составляет не менее 250 млн. £, в то время как рынок сенсорных систем (сенсор вместе с сопутствующим оборудованием) достигает более 1.5 млрд. £. По результатам выполнения НИОКР будут достигнуты следующие результаты: создана интеллектуальная собственность, права на которую будут оформлены согласно Гражданскому кодексу РФ на предприятие – ООО «ЛираСенс»; руководитель предприятия будет трудоустроен в штат предприятия на основное место работы; среднесписочная численность сотрудников предприятия составит не менее 5 человек; описан технологический процесс создания экспериментального образца изделия; созданы экспериментальные образцы изделий: ¾ Иммерсионный фотодиод с длинноволновой границей фоточувствительности 9.5, 10.5, 11.5 мкм: PD95, PD11, PD12 ¾Иммерсионный фотодиод с длинноволновой границей фоточувствительности 9.5, 10.5, 11.5 мкм, собранный на однокаскадном элементе Пельтье: PD95TO8TEC1, PD11 TO8TEC1, PD12TO8TEC1 ¾Иммерсионный фотодиод с длинноволновой границей фоточувствительности 9.5, 10.5, 11.5 мкм, с увеличенным размером элемента, собранный на трехкаскадном элементе Пельтье: PD95TO8TEC3, PD11 TO8TEC3, PD12TO8TEC3 проведены испытания созданных экспериментальных образцов изделий. Работы по проекту будут выполняться с привлечением Северо-Западного ЦКП «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» ФТИ им. А.Ф. Иоффе». Авторы проекта имеют многолетний опыт сотрудничества с ЦКП научным оборудованием «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» ФТИ им. А.Ф. Иоффе», которое проходило в рамках выполнения проектов «Разработка технологии получения фоточувствительных материалов и многоэлементных фотоприемников на их основе для спектральных областей 2.5-3.5; 2.5-4.5; 2.5-5.5 мкм на основе диодных гетероструктур из твердых растворов арсенида индия» (2014-2017 г.), «Разработка фоточувствительных элементов большой размерности для спектральных областей 2.5-3.5; 2.5-4.5; 2.5-5.5 мкм на основе диодных гетероструктур из InAs и твердых растворов InAsSbP» (2018-2020 г.) поддержанного ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 - 2020 годы», а также планируемой хоз. договорной НИР «Разработка технологии получения гетерофотодиодных структур с фоточувствительной областью InAs для спектральной области 3-4 мкм с использованием методик МОС-гидридной и молекулярно-пучковой эпитаксии» (2019 -2021 г.).