Длинноволновые фоторезисторы на основе полупроводниковых ?-легированных сверхрешеток и ИК матрицы с большим временем накопления фотосигнала
Диссертация
Данная диссертация посвящена теории трапецеидальной ¿—легированной сверхрешетки (TCP), которая предложена автором диссертации, и фотодетекторов на ее основе. В такой сверхрешетке образуются области однородного сверхсильного электрического поля, напряженность которого более чем на порядок превышает характерное максимальное значение напряженности поля в невырожденных р — п переходах… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. МЕЖЗОННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ДЛИННОВОЛНОВОГО ИК ИЗЛУЧЕНИЯ В ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫХ ¿-ЛЕГИРОВАННЫХ СВЕРХРЕШЕТКАХ (TCP)
- 1. 1. Структура TCP
- 1. 2. Поглощение ИК излучения в областях сверхсильного электрического поля TCP
- 1. 3. Эффективный коэффициент поглощения
- ИК излучения в TCP
- ГЛАВА 2. СТАТИСТИКА И ТУННЕЛЬНО — ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО — РАЗДЕЛЕННЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В TCP
- 2. 1. Статистика носителей заряда в TCP
- 2. 2. Туннельно — излучательная рекомбинация в TCP
- 2. 3. Люминесценция TCP
- 2. 4. Прямая рекомбинация Шокли — Рида в TCP
- ГЛАВА 3. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ПОРОГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОРЕЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ TCP
- 3. 1. Фотопроводимость TCP
- 3. 2. Фоточувствительность TCP фоторезистора
- 3. 3. Пороговые характеристики TCP фоторезистора
- ГЛАВА 4. ИК МАТРИЦЫ С БОЛЬШИМ ВРЕМЕНЕМ НАКОПЛЕНИЯ ФОТОСИГНАЛА
- 4. 1. Физика работы и эквивалентная схема планарной
- ИК матрицы
- 4. 2. Локальная туннельная генерация носителей в фоточувствительных элементах ИК матриц
- 4. 3. Время накопления фотосигнала
- -34.4 Гибридная ИК матрица
- 4. 5. Фотоэлектрические и пороговые характеристики
- ИК матриц
- 4. 6. Предельные параметры ИК матриц
- 4. 7. Взаимное влияние процессов накопления и считывания фотосигнала. Режим ускоренного опроса
- 4. 8. Физика работы матрицы в условиях сильных засветок. Нелинейный фотоотклик
Список литературы
- Тришенков M.А. Фотоприемные устройства и ПЗС. — М.: Радио и Связь, 1992. — 400с.
- Audebert P., Giotta D., Mottin Е., Rambaud Р., Marion F. 640×480 MCT 3 5 /im snapshot focal plane array // PROC. SPIE. — 1998. -v. 3379. — p. 577 — 585.
- Destefanis G., Audebert P., Mottin E., Rambaud P. High performance LWIR 256×256 HgCdTe focal plane array operating at 88K // PROC. SPIE. 1997. — v. 3061. — p. Ill — 115.
- Kanno T., Wada H., Nagashima M., Wakayama H., Awamoto К., Kajihara N., Ito Y., Nakamura M. A 256×256 Element HgCdTe Hybrid IR FPA for 8−10 /im Band // PROC. SPIE. 1995. — v. 2552. — p. 384 -391.
- Fowler A.M., Gatley I., Mclntyre D., Vrba F.J., Hoffman A. ALADDIN The 1024×1024 InSb array design, description and results // PROC.
- SPIE. 1996. — v. 2816. — p. 150 — 160.
- Radford W.A., Murphy D.F., Finch A., Kennedy A., Kojiro J.K., Ray M., Wyles R., Coda R., Moody E.A., Baur S. Microbolometer uncooled infrared camera with 20-mK NETD // PROC. SPIE. 1998. — v. 3379. — p. 22 — 35.
- Evans S.B., Hayden T. High MTF hybrid ferroelectric IR FPA // PROG. SPIE. — 1998. — v. 3379. — p. 36 — 46.
- Chao-Wen Wu, Hao-Hsiung Lin. Two Dimensional Simulation on The Electric Field Spike of Indium Antimonide Charge Injection Devices // Solid State Electronics. 1990. — v. 33, № 9. — p. 1169 — 1178.
- Levine B.F. Quantum well infrared photodetectors //J. Appl. Phys. -1993. v. 74, № 8. — p. R1 — R81.
- Delta-Doping of Semiconductors. Ed. by Schubert E.F. Cambrige.: Cambrige University Press, 1996.
- Dohler G.H. Electron states in crystals with «n i — p — i superstructure «// Phys. Stat. Sol.(b). — 1972. — v. 52, № 1. — p. 79 — 92.
- Dohler G.H. Electrical and optical properties of crystals within i — p — i superstructure «// Phys. Stat. Sol.(b). — v. 52, № 2. — p. 553 — 544.- 123
- Liu D.G., Fan J.С., Lee C.P., Chang K.H., Liou D.C. Transmission electron microscopy study of heavily delta-doped GaAs grown by molecular beam epitaxy //J. Appl. Phys. 1993. — v. 73, № 2. -p. 608 — 614.
- Никифоров A.M., Каитер Б. З., Стенин С. И., Рубанов С. В. Структуры с (5-слоями сурьмы, полученные методом МЛЭ кремния // Поверхность. 1992. — вып. 10 — 11. — с. 95 — 101.
- Park J.S., Karunasiri R.P.G., Mii Y.J., Wang K.L. Hole intersubband absorption in ?-doped multiple Si layers // Appl. Phys. Lett. 1991. -v. 58, № 10. — p. 1083 — 1085.
- Vaghjiani H.L., Johnson E.A., Kane M.E., Grey R., Phillips C.C. GaAs asymetrically doped n i — p — г superlattices for 10 /im infrared subband detector and modulator application // J. Appl. Phys. — 1994. — v. 76, № 7. — p. 4407 — 4412.
- Shubert E.F., Fisher A., Horikoshi Y., Ploog K. GaAs sawtooth superlattice laser emitting at wavelength A > 0.9 /im // Appl. Phys. Lett. 1985. — v. 47, № 3. — p. 219 — 221.
- Glass A.M., Shubert E.F., Wilson B.A., Bonner C.E., Cunningham J.E., Olson D.H., Jan W. Novel photovoltaic ?-doped GaAs superlattice structure // Appl. Phys. Lett. 1989. — v. 54, N° 22. — p. 2247 — 2249.
- Toivonen M., Salokatve A., Hovinen M., Pessa M. GaAs/AlGaAs Delta-doped staircase avalanche photodiode with separated absorption layers // Electronics letters. 1992. — v. 28, № 1. — p. 32 — 34.
- Yang Wang, Brennan K.F. Optimization of the GaAs delta doped p -i-n quantum well APD // PROC. SPIE. — 1993. — v. 1982 — p. 133 — 139.- 124
- Phillips С. С. Doping super lattices based on InSb for mid infrared detector applications // Appl. Phys. Lett. — 1990. — v. 56, № 2. — p. 151 — 153.
- Heremans J., Partin D.L., Morelly D.T., Thrush C.M., Karczewski G., Furdyna J.K. Magnetotransport and magnetooptical properties of 5-doped InSb. // J. Appl Phys. 1993. — v. 74, № 3. — p. 1793 — 1799.
- Yang M.-J., Moore W.J., Wagner R.J., Waterman J.R., Yang C.H., Thompson P.E., Davis J.L. Electronic properties of silicon ?-doped InSb // J. Appl. Phys. 1992. — v. 72, N° 2. — p. 671 — 675.
- Thompson P.E., Davis J.L., Yang M.-J., Simons D.S., Chi P.H. Controlled p- and n-type doping of homo and hetero epitaxially grown InSb. // J. Appl. Phys. 1993. — 74, № 11. — p. 6686 — 6690.
- Осипов В.В., Серженко Ф. Л., Шадрин В. Д. К теории внутризонного оптического поглощения в гетероструктурах с квантовыми ямами // ФШ 1989. — т. 23, вып. 5. — с. 809 — 812.
- Hass К.С., Kirill D.J. In (As, Sb) sawtooth doping superlattices for long wavelength infrared detection // J. Appl. Phys. 1990. — v. 68, № 4.- p. 1923 1926.
- Серженко Ф.Л., Шадрин В. Д. Теория фотоэлектрических и пороговых характеристик фотоприемников на основе многослойных структур GaAs AlGaAs с квантовыми ямами // ФТП. — 1991. — т. 25, вып. 9. — с. 1579 — 1588.
- Серженко Ф.Л., Шадрин В. Д. Теория инфракрасных фотоприемников на основе структур n — Si—Si1-xGex с квантовыми ямами // ФТП.- 1992. т. 26, вып. 3. — с. 491 — 499.- 125
- Hey строев Л.Н., Осипов В. В., Холоднов В. А. Фотопроводимость полупроводников со слоистой неоднородностью // ФТП. 1980. — т. 14, вып. 5. — с. 939 — 947.
- Неустроев Л.Н., Осипов В. В. Флуктуации продольной проводимости одномерно неоднородных полупроводников при межзонных механизмах рекомбинации // ФТП. — 1980. — т. 14, вып. 6. — с. 1186 -1192.
- Неустроев Л.Н., Осипов В. В. Теория фотоэлектрических свойств структур с одномерно неоднородным распределением примесей / / Микроэлектроника. — 1980. — т. 9, вып. 2. — с. 99 — 106.
- Неустроев Л.Н., Осипов В. В. Фотопроводимость полупроводников со слоистой неоднородностью при наличии квазинейтральных областей // ФТП. 1981 — т. 15, вып. 6. — с. 1068 — 1077.
- Martijn de Sterke С. Calculation of optical absorption associated with indirect transition in silicon n i — p — г structures // J. Appl. Phys.1988. v.64, N° 6. — p. 3187 — 3192.
- Ruden P.P., Marttila C.A., Werner Т., Carroll J.E. Spectrally agile far-infrared detector using an n г — p — i superlattice //J. Appl. Phys.1989. v. 66, № 2. — p. 956 — 960.
- Maserjian J., Grunthaner F.J., Elliott C.T. LWIR detector arrays based onn-i-p-i superlattices // Infrared Phys. 1990. — v. 30, № 1. -p. 27 — 32.
- Franz W. Einfluss eines elektrischen Feldes auf erne optische Absorptionkante // Zs. Naturforsch. 1958. — b. 13a, № 6. — s. 484 -489.- 126
- Келдыш JI.В. О влиянии сильного электрического поля на оптические характеристики непроводящих кристалов // ЖЭТФ. 1958. -т. 34, N° 5.-с. 1138−1141.
- Осипов В.В., Селяков А. Ю., Foygel M. Межзонное поглощение длинноволнового излучения в ¿--легированных сверхрешетках на основе монокристаллических широкозонных полупроводников // ФТП. 1998. — т. 32, вып. 2. — с. 221 — 226.
- Osipov V.V., Selyakov A.Yu., Foygel M. Trapezoidal delta doped superlattice for far — infrared detection // Phys. Stat. Sol. (a). — 1998. -v. 169. — p. 161 — 170.
- Осипов В.В., Селяков А. Ю., Foygel M. Туннельно излучательная рекомбинация и люминесценция трапецеидальных ¿--легированных сверхрешеток // ФТП. — 1999. — т. 33, вып 1. — с. 101 — 105.
- Осипов В.В., Селяков А. Ю., Foygel M. Теория фоторезисторов на основе трапецеидальных ¿--легированных сверхрешеток // ФТП. — 1999. т. 33, вып. 7. — с. 870 — 875.- 127
- Osipov V.V., Ponomarenko V.P., Selyakov A.Yu. Ultimate performance of new infrared HgCdTe focal plane arrays // PROC. SPIE. 1999. -v. 3819. — p. 16 — 31.
- Morozov V.A., Osipov V.V., Selyakov A.Yu., Taubkin I.I. New infrared integrated focal plane arrays // Proceedings 1997 International semiconductor device research symposium. Charlottesville, USA, 1997.- p. 293 296.
- Осипов В.В., Пономаренко В. П., Селяков А. Ю. Предельные характеристики новых смотрящих гибридных ИК матриц на основе HgCdTe // Прикладная Физика. 1999. — Вып. 2. — с. 9 — 29.
- Морозов В .А., Осипов В. В., Селяков А. Ю., Таубкин И. И. Интегральный матричный приемник нового типа на основе InSb // Микроэлектроника. 1996. — т. 25, № 3. — с. 163 — 175.
- Осипов В.В., Пономаренко В. П., Селяков А. Ю. Новая гибридная фокальная матрица ИК диапазона // Микроэлектроника. 1997. -т. 26, № 1. — с. 12 — 20.
- Кернер Б.С., Селяков А. Ю., Суханов А. Н. Теория локальной туннельной генерации носителей в р п переходах на основе узкозонных полупроводников // ФТП. — 1990. — т. 24, вып. 8. — с. 1455 — 1461.
- Ансельм А.И. Введение в теорию полупроводников. М.: Наука, 1978. — 616 с.
- Van Roosbroeck W., Shockley W. Photon radiative recombination of electrons and holes in germanium // Phys. Rev. — 1954. — v. 94, № 6.- p. 1558 1560.
- Излучательная рекомбинация в полупроводниках. Под. ред. Покровского Я. Е. М.: Наука, 1972. — 304 с.- 128
- Callaway J. Optical absorption in an electric field // Phys. Rev. 1963.- v. 130, № 2. p. 549 — 553.
- Tharmalingam K. Optical absorption in the presence of a uniform field // Phys. Rev. 1963. — v. 130, № 6. — p. 2204 — 2206.
- Оптические свойства полупроводников. Под ред. Уиллардсона Р. и Вира А. М.: Мир, 1970. — 488 с.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика. Нерелятивистская теория. М.: Наука, 1989. — 768 с.
- Зи. С. Физика полупроводниковых приборов. В двух кн. Книга 1. -М.: Мир, 1984. 456 с.
- Shockley W., Read W.T. Statistics of the recombination of holes and electrons // Phys. Rev. 1952. — v. 87, № 5. — p. 835 — 842.
- Hall R.N. Electron hole recombination in germanium // Phys. Rev. -1952. — v. 87, № 2. — p. 387.
- Маделунг О. Физика полупроводниковых соединений элементов III и V групп. М.: Мир, 1967. — 478 с.
- Sah С.Т., Noyce R.N., Shockley W. Carrier generation and recombination in p n junction and p — n junction characteristics. // Proc. IRE. — 1957. — v. 45, № 9. — p. 1228 — 1243.
- Приборы с зарядовой связью. Под ред. Д. Ф. Барба. М.: Мир, 1982.- 240 с.
- Астахов В.П., Данилов Ю. А., Дудкин В. Ф., Лесников В. П., Сидорова Г. Ю., Суслов Л. А., Таубкин И. И., Эскин Ю. М. Планарные фотодиоды на основе InAs материала // Письма в ЖТФ. 1992. — т. 18, вып. 3. — с. 1 — 5.
- Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С. Г. Физика полупроводников. -М.: Наука, 1990. 688 с.
- ТО. Шемелина О. С., Новотоцкий-Власов Ю. Ф. Равновесные параметры глубоких объемных уровней в антимониде индия // ФТП. 1992. -т. 26, вып 6. — с. 1015 — 1023.
- Фотоприемники видимого и ИК диапазонов. Под ред. Р. Дж. Киеса. М.: Радио и Связь, 1985. — 328 с.
- Petritz R.L. Fundamentals of infrared detectors //Proc. IRE. 1959. -v. 47, № 9. — p. 1458 — 1467.
- Другова A.A., Осипов B.B. Теория пороговых фоторезисторов на основе КРТ // ФТП. 1981. — т. 15, вып. 12. — с. 2384 — 2391.
- Неустроев Л.Н., Осипов В. В. К теории пороговых свойств полупроводниковых фотоприемников // ФТП. 1981. — т. 15, вып. 11. -с. 2186- 2196.
- Ван дер Зил А. Шумы при измерениях. М.: Мир, 1979. — 294 с.
- Рытов С.М. Введение в статистическую радиофизику. Часть I. Случайные процессы. М.: Наука, 1976. — 496 с.- 130
- Chao-Wen Wu, Wen Jack Wn, Hao-Hsiung Lin, Jing Hwa Lin, Kou Chen Liu, Tai-Ping Sun, Yen-Ming Pann, Sheng-Jenn Yang. A novel CID emulator for InSb array // PROC. SPIE. 1992. — v. 1685. — p. 334- 344.
- Adar R., Nemirovsky Y., Kidron I. Bulk tunneling contribution to the reverse breakdovn characteristics of the InSb gate controlled diodes // Solid State Electronics. 1987. — v. 30, № 12. — p. 1289 — 1293.
- Курбатов JI.H. Оптоэлектроника видимого и инфракрасного диапазонов спектра. М.: Издательство МФТИ, 1999. — 320 с.
- Кернер Б.С., Осипов В. В., Смолин О. В., Суханов А. Н., Таубкин И. И. О механизме избыточных токов в р п переходах // ФТП. — 1986. -т. 20, вып. 9. — с. 1739 — 1742.
- Bhan R.K., Gopal V. Analysis of Surface Leakage Current Due to Zener Tunneling in HgCdTe Photovoltaic Diodes // Semiconductor Science and Technology. 1994. — v. 9, № 3. — p. 289 — 297.
- Пасеков В.Ф. Экспериментальное подтверждение модели туннельных избыточных токов в р-n переходах на антимониде индия // ФТП. 1989. — т. 23, вып. 3. — с. 559 — 562.
- Астахов В.Н., Дудкин В. Ф., Кернер Б. С., Осипов В. В., Смолин О. В., Таубкин И. И. Механизмы взрывного шума р п переходов // Микроэлектроника. — 1989. — т. 18, № 5. — с. 455 — 463.
- Дюк К.Б. // Туннельные явления в твердых телах. М.: Мир, 1973. С. 36−51.
- Anderson W.W. Tunnel current limitation of narrow bandgap infrared charge coupled devices // Infrared Physics. 1977. — v. 17, № 2. — p. 147 — 164.- 131
- Зи. С. Физика полупроводниковых приборов. В двух кн. Книга 2. -М.: Мир, 1984. 456 с.
- Anderson W.W. Tunnel contribution to Hg, Cd, Te and Pb^Sn.Te p n junction diode characteristics // Infrared Physics. — 1980. — v. 20, N° 6. — p. 353 — 361.
- Kanno Т., Saga M., Kajihara N., Awamoto K., Sudo G., Ito Y., Ishizaki H. Development of LPE Grown HgCdTe 64×64 FPA with a Cutoff Wavelength of 10.6 /яп// PRO С. SPIE. 1993. — v. 2020. — p. 49 -56.
- Wang S.C.H., Dudoff G., Jost S., Roussis J., Voelker J., Winn M., Wyman T. High Performance Longwave Infrared Scanning Focal Plane Arrays for Surveillance Applications // PROC. SPIE. 1994. — v. 2225. -p. 335 — 349.
- Ajisava A., Oda N. Improvement in HgCdTe Diode Characteristics by Low Temperature Post Implantation Annealing // Journal of Electronic Materials. — 1995. — v. 24, № 9. — p. 1105 — 1111.
- Bouchut Ph., Guillot S., Pornin J.L., Ramband Ph., Gottu D. HgCdTe Photovoltaic Linear Array for The Cassini Infrared Spectrometer // PROC. SPIE. 1994. — v. 2225. — p. 360 — 368. X х
- Arias J.M., Pasko J.G., Zandian M., Kozlowski L.J., DeWames R.E. Molecular Beam Epitaxy HgCdTe Infrared Photovoltaic Detectors // Optical Engineering. 1994. — v. 33, N° 5. — p. 1422 — 1428.
- Abe Y, Fukida T. Ti02 Thin Films Formed by Electron Cyclotron Resonance Plasma Oxidation at High Themperature and Their Application to Capacitor Dielectrics // Jpn. J. Appl. Phys. 1994. -v. 33, part 2, № 9A. — p. L1248 — L1250.- 132
- Vorotilov K.A., Orlova E.V., Petrovsky V.I. Sol-Gel Ti02 Films on Silicon Substrates // Thin Solid Films. 1992. — v. 207. — p. 180 -184.
- Хряпов В.Т., Пономаренко В. П., Буткевич В. Г., Таубкин И. И., Ста-феев В.И., Попов С. А., Осипов В. В. Пороговые фотоприемники и матрицы ИК диапазона // Оптический Журнал. 1992. — № 12. -с. 33 — 44.
- Tu S.L., Huang K.F., Yang S.J. InSb p n junction with avalanche breakdown behavior // Jpn. J. of Appl. Phys. — 1989. — v. 28, part 2, № 11. — p. L1874 — L1876.
- Полупроводниковые формирователи сигналов изображения. Под ред. Йесперса П., Ван де Виле Ф., Уайта М. М.: Мир, 1979. — 575 с.
- Достал. И. Операционные усилители. М.: Мир, 1982. — 512 с.
- Приборы с зарядовой связью. Под ред. Хоувза М., Моргана Д. М.: Энергоиздат, 1981. — 376 с.
- Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. М.: Мир, 1978.- 328 с.
- Букингем М. Шумы в электронных приборах и системах. М.: Мир, 1986. — 399 с.
- Sukhanov A.N., Osipov V.V., Mamedov I.M. Influence of low-frequency 1/f noise on threshold characteristics of photodetectors with charge accumulation // Infrared Phys. 1992. — v. 33, № 6. — p. 451 — 457.
- Vorotilov K.A., Yanovskaya M.I., Solovjeva L.I., Valeev A.S., Petrovsky V.I., Vasiljev V.A., Obvinzeva I.E. Ferroelectric Capasitors for Integrated Circuits // Microelectronic Engineering. 1995. — v. 29.- p. 41- 44.-133
- Neville R.C., Hoeneisen B., Mead C.A. Permittivity of strontium titanate // J. Appl. Phys. 1972. — v. 43, № 5. — p. 2124 — 2131.