Фоточутливі елементи і тонкоплівкові інтерференційні фільтри на базі cdsb та In4Se3

Key words: capillary evaporator, liquid epitaxy, interference filter, photosensitive elements.

АННОТАЦИЯ

СТРЕБЕЖЕВ В.Н. “Фоточувствительные элементы и тонкопленочные интерференционные фильтры на базе СdSb и In4Se3”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.01 - физика приборов, элементов и систем. - Национальная академия наук Украины и Министерство образования и науки Украины, Институт термоэлектричества, Черновцы, 2002.

Диссертация посвящена получению фоточувствительных элементов на основе различным образом легированных тонких пленок и слоев СdSb и In4Se3, а также интерференционно-абсорбционных фильтров на подложках из этих материалов и исследованию влияния технологии на их структурные, оптические, фотоэлектрические и электрофизические свойства. Для получения тонких пленок СdSb стехиометрического состава разработана методика испарения в вакууме из предложенных испарителей, тигли которых содержат испаряющие капиллярные трубки.

При подавлении эффектов конвекции и перемешивания расплава в капилляре устанавливается стационарное состояние испаряющего слоя, в результате чего обеспечивается конгруэнтное испарение. Увеличение ресурса работы испарителя достигнуто подачей расплава в капилляры из некапиллярной емкости для загрузки. Приведены конструкции капиллярных испарителей, изготовленных из кварцевого стекла и графита. Описана методика получения тонких пленок CdSb и определены оптимальные технологические режимы.

Проведен теоретический расчет профиля распределения пленки по толщине при испарении из капиллярного испарителя. Показано, что профиль распределения конденсата по толщине при напылении из капиллярного испарителя обладает большей направленностью, чем распределение по закону Кнудсена, причем эффект направленности сглаживается при увеличении числа капиллярных трубок. Исследованы закономерности изменения морфологии, структуры, состава, электрофизических и фотоэлектрических свойств пленок СdSb в зависимости от процесса установления в испарителе стационарного режима испарения. Получены пленки СdSb, легированные Те, фоточувствительные в спектральном интервале 0,8-2,0 мкм.

Методом жидкофазной эпитаксии впервые получены гомоэпитаксиальные слои СdSb и In4Se3 и гетероструктуры CdxZn1-xSb-СdSb и In4Se3-In4Тe3. Контролированное наращивание слоев заданной толщины проводилось эпитаксией из конечного объема раствора-расплава при расстоянии между параллельными подложками l ~ 2 мм. Определены условия преобладания механизма диффузионного массопереноса в растворе-расплаве, на основании чего осуществлено управление ростом эпитаксиальных слоев СdSb заданной толщины и структурного совершенства. Исследованы морфология, состав и переходные области на границе слой-подложка полученных эпитаксиальных структур, их выпрямляющие свойства. Установлено, что фоточувствительность легированных In, Te, Ga, Ag гомо- и гетероструктур на СdSb проявляется в

спектральном интервале 1,5-2,5 мкм при температурах 77-295 К, а p-n-структуры на основе In4Se3, In4(Se3)1-xTe3x фоточувствительны в области 1,0-2,0 мкм при комнатной температуре. Определены фотоэлектрические параметры - интегральная вольтовая чувствительность и удельная обнаружительная способность полученных фоточувствительных элементов. Для гетероструктур In4Тe3-In4Se3 в фотодиодном режиме при Т=213 К удельная обнаружительная способность имела наибольшее значение 8,6Ч1010 cм.Гц1/2.Вт-1.

Приведены результаты исследования влияния легирования и структурного совершенства на свойства монокристаллов In4Se3 и In4(Se3)1-хTe3х, которые служат подложками изучаемых гомо- и гетероструктур. Установлено, что фоточувствительность монокристаллов In4Se3 зависит от типа легирующей примеси, в частности повышается при отжиге в парах ртути. Определена зависимость уровня сигнала шума от температуры и плотности ориентированных вдоль оси [001] структурных дефектов, которые присущи монокристаллам In4(Se3)1-хTe3х.

Проведены расчеты методом эквивалентных слоев в сочетании с методом сглаживания конструкций многослойных тонкопленочных интерференционных фильтров с граничными длинами волн в интервале lгр=2,5-7,3 мкм для нанесения на подложки из СdSb и фильтров с lгр=3,3 мкм для нанесения на пластины из In4Se3. Изучены свойства подложечных материалов СdSb и In4Se3, установлены способы их обработки и металлизации.

Изготовлены интерференционно-абсорбционные отрезающие фильтры на In4Se3 с lгр=1,8мкм и lгр=3,3мкм, исследованы их оптические характеристики.

Показано, что оптимальное пропускание фильтров на СdSb достигается включением в конструкцию покрытия неравнотолщинных слоев на границах элементарных систем и согласующих слоев из ZnS на границе с подложкой и с воздухом. Для двухканальных фильтров рассчитаны как взаимодополняющие конструкции, в которых в покрытие второго канала включена система фильтра первого канала, так и конструктивно независимые покрытия обоих каналов. Проведены испытания материалов пленок, совместимых по механическим и оптическим параметрам между собой и с подложкой из CdSb в условиях охлаждения до 77 К, из которых оптимальными определены Ge, SiO, ZnS, а для металлизирующего покрытия - Al.

Получены одно- и двухканальные отрезающие ИК-фильтры на СdSb, исследована стабильность их оптических характеристик и механическая прочность при термоциклировании в интервале температур 77-373 К. Эти свойства и низкая теплопроводность CdSb (h=1,2Ч10-2 Вт/смЧК) по сравнению с другими материалами для подложек, дают основания для практического применения полученных фильтров в охлаждаемых фотоприемных устройствах, в случае необходимости получения большого перепада температур на фильтрующем элементе в режиме кратковременного включения.

Ключевые слова: капиллярный испаритель, жидкофазная эпитаксия, интерференционный фильтр, фоточувствительный элемент.

Размещено на Allbest.ru