Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка научных основ технологии выращивания наногетероэпитаксиальных P+/n структур узкозонных полупроводников методом молекулярно-лучевой эпитаксии для матричных инфракрасных фотоприемников и тепловизоров

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
cdhgte (крт), inalsb, молекулярно-лучевая эпитаксия (млэ), легирование, гетероструктура, p-на-n фотодиод, инфракрасный детектор, повышенная рабочая температура, темновой ток

Цель проекта:
1.1 Разработка полупроводниковых фоточувствительных материалов и лабораторной технологии их получения для матричных инфракрасных фотоприемников и тепловизоров гражданского назначения с повышенной рабочей температурой не менее чем в 1,3 раз и/или сниженным энергопотреблением не менее чем в 2 раза и/или уменьшенными габаритами и весом не менее чем в 2 раза. 1.2 Разработка научных основ технологии выращивания наногетероэпитаксиальных P+/n структур твердых растворов теллуридов кадмия и ртути (КРТ) (фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из узкозонных твердых растворов КРТ) методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) на подложках из кремния. 1.3 Разработка научных основ технологии выращивания эпитаксиальных структур антимонида индия (фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из узкозонных соединений InAlSb) методом МЛЭ на собственных подложках.

Основные планируемые результаты проекта:
Лабораторные технологические инструкции на получение экспериментальных образцов фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из узкозонных твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием.
Лабораторные технологические инструкции на получение экспериментальных образцов фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из узкозонных соединений InAlSb.
Экспериментальные образцы фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из узкозонных твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием.
Экспериментальные образцы фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из узкозонных соединений InAlSb.
Лабораторные технологические инструкции получения экспериментальных образцов полупроводниковых фоточувствительных элементов на основе:
- многослойных гетероструктур из узкозонных твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием;
- многослойных гетероструктур из узкозонных соединений InAlSb.
Экспериментальные образцы полупроводниковых фоточувствительных элементов (P+/n фотодиодов) из созданных фоточувствительных материалов на основе:
- многослойных гетероструктур из узкозонных твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием;
- многослойных гетероструктур из узкозонных соединений InAlSb.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Проект направлен на разработку конструкции и научных основ МЛЭ технологии получения фоточувствительных гетероструктур КРТ и InAlSb. Новое поколение матричных инфракрасных фотоприемников на основе разработанных гетероструктур будет иметь повышенную рабочую температуру не менее чем на 30%, что приведет к снижению энергопотребления – не менее чем в 2 раза, габаритов и веса – не менее чем в 2 раза. В конечном итоге это позволит снизить себестоимость ИК фотоприемных устройств, и тем самым расширить гражданское применение фотовольтаических тепловизионных систем.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые полупроводниковые фоточувствительные материалы и технологии их получения должны обеспечить качественный прорыв в развитии отечественного материаловедения полупроводниковых фоточувствительных материалов и производственно-технологической базы предприятий, производящих полупроводниковые фоточувствительные материалы и изделия на их основе, обеспечить условия для успешного решения ряда проблем в различных отраслях народного хозяйства, создать условия для эффективного импортозамещения.
Учитывая, что, по данным компании SOFRADIR (Франция), объем рынка тепловизионных систем составляет свыше 100 млрд долларов США и постоянно растет, результаты разработки могут найти применение как в качестве заместителей традиционных фотоприемных устройств, так и в новых сегментах рынка, куда ранее фотовольтаические тепловизионные системы не могли войти из-за высокой себестоимости и больших эксплуатационных издержек.
Новое поколение матричных тепловизионных приборов на основе разрабатываемых фоточуствительных материалов будут иметь высокую температурную чувствительность в сотые и даже тысячные доли градуса, высокую пространственную разрешающую способность и работать в режиме реального времени на кадровых частотах более 25 Гц.

Текущие результаты проекта:
Проведены экспериментальные исследования процессов эпитаксиального роста полупроводниковых фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из узкозонных соединений InAlSb. Отработана технология термической подготовки подложек (001)InSb перед эпитаксиальным ростом. Установлены оптимальные температуры роста слоев и давления потоков, обеспечивающие (1) высокое структурное совершенство слоев InSb и In1-хAlхSb различного состава (2) минимальный уровень фонового легирования эпитаксиальных слоев на уровне Nd ~ 1,0∙1015cм-3. Установлены условия роста (температура подложки и давление потоков) и потоки бериллия, позволяющие получать в слоях InSb концентрацию дырок до 2∙1018 см-3.
Проведены экспериментальные исследования процессов легирования полупроводниковых фоточувствительных материалов на основе твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием. Рост гетероэпитаксиальных структур КРТ осуществлялся на УНУ многомодульной автоматизированной сверхвысоковакуумной установке молекулярно-лучевой эпитаксии «Обь-М». Отработаны режимы легирования и найдены способы получения полупроводниковых фоточувствительных материалов на основе твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием с нужными электрофизическими характеристиками.
Легирование индием в процессе роста позволяет получать базовый материал n-типа проводимости с концентрацией (1-10)∙1015 см-3, устойчивый к воздействию активационного отжига, что позволяет его использование для изготовления р- на n MWIR фотодиодов. Легирование мышьяком, как в процессе роста, так и ионной имплантацией позволяет получать материал p-типа проводимости с концентрацией до 1019 см-3.
Исследованы процессы формирования P+/n переходов в многослойных гетероструктурах КРТ. При ионной имплантации глубина p/n перехода составляет 400 нм при энергии имплантации 190 кэВ, и при двукратном увеличении энергии увеличивается до 500 нм. Глубина p/n перехода не меняется после активационного отжига. Профили распределения мышьяка по толщине образца не зависят от его состава.
Экспериментальные исследования процессов легирования полупроводниковых фоточувствительных материалов на основе твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием проводились, в том числе на оборудовании и силами сотрудников Северо-Западного Центра коллективного пользования научным оборудованием «Материаловедение и диагностика в передовых технологиях» ФТИ им. А.Ф. Иоффе.
Разработаны лабораторные технологические инструкция изготовления полупроводниковых фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием.
Индустриальным партнером проведена закупка оборудования для проведения технологических работ по проекту.
Разработаны Программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов полупроводниковых фоточувствительных материалов.
Разработаны Программы и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов фоточувствительных элементов.
Изготовлены экспериментальные образцы полупроводниковых фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием.
Проведены исследовательские испытания экспериментальных образцов полупроводниковых фоточувствительных материалов на основе многослойных гетероструктур из твердых растворов КРТ с пассивирующим покрытием.