Реализация исследований устойчивости системы твердых растворов Cd-Hg-Te (КРТ) при высокотемпературных лазерных воздействиях

Ряд твердых растворов с изовалентным замещением системы Cd-Hg-Te (КРТ) является узкозонным полупроводником, с шириной запрещенной зоны, зависящей от соотношения кадмия и ртути в растворе. КРТ применяют для создания высокоэффективных ИК-фотоприемников, которые особенным спросом пользуются в технике специального назначения и в космической промышленности.

Монокристаллы и эпитаксиальные структуры системы твердых растворов Cd-Hg-Te (КРТ) применяются для создания фотопринимающих матриц нового поколения, работающих в ИК-диапазоне длин волн. Несмотря на технологическую сложность получения, а следовательно, и высокую цену, КРТ остается основным материалом в ИК-фотопринимающих устройствах. В связи со спецификой работы фотоприемников, КРТ подвергается интенсивному термоциклическому воздействию ИК излучения, а свойства материала при такого рода воздействиях изучены крайне недостаточно, что и определяет актуальность работы. В рамках исследования влияния высокотемпературных воздействий были рассмотрены процессы фазовых превращений, инициируемые импульсным лазерным излучением в твердых растворах CdxHg1-xTe.

Исследования проводились при температурах 300–503 К. Для генерации лазерного излучения использовались лазеры на АИГ:Nd (λ = 1,064 мкм) и АИГ:Er (λ = 2,94 мкм) с длительностью импульса 1 мс. Измерены температурные зависимости теплофизических параметров. Микроструктура поверхности исследована оптическим методом, элементный состав – методом рентгеноспектрального анализа, фазовый состав – методом рентгенофазового анализа.

Исследования показали, что химический состав КРТ при нагреве до 503 К не изменяется. Результатом лазерного облучения с плотностью энергии 5 Дж/см2 и длиной волны 1,064 мкм является частичный распад приповерхностного слоя с изменением химического состава КРТ и выпадением отдельной фазы теллура в виде вкраплений, который могут достигать микронного размера. При более мощном моноимпульсном воздействии на поверхности кристаллов остаются прожоги в виде кратеров с застывшим расплавом. В области расплава происходит распад КРТ с образованием сегрегаций с избытком теллура, а также происходит изменение химического состава в сторону уменьшения содержания ртути. Рентгеноспектральные и рентгенофазовые исследования показали изменение фазового и химического состава после воздействия лазерного излучения. Определены пороговые значения тепловых воздействий, которые приводят к необратимой деградации структуры и электрофизических параметров КРТ и делают невозможным работу приборов. В работе будут разработаны и внедрены промежуточные испытания ИК-матриц. Результаты наших исследований тепловой устойчивости структуры материала КРТ позволяют прогнозировать условия высокой работоспособности ИК-элементов при эксплуатации в космосе и в технике специального назначения, где требуется высокая стабильность работы в экстремальных условиях.

Работа выполняется на каф МППиД, в Научно-исследовательском центре коллективного пользования «Материаловедение и металлургия» и в Научно-исследовательская лаборатория Военной академии Ракетных Войск Стратегического Назначения им. Петра Великого под руководством к. ф.-м. н. Кугаенко О.М.