Фотоприймачі на основі твердих розчинів HgTe

Список основних опублікованих праць за темою дисертації

1. Лесина Н.В., Дремлюженко С.Г., Ковальчук Л.М., Іваніцка В.Г., Рудик Н.Д. Фізико-хімічна взаємодія в системі Cd - CdTe - Sb // Науковий вісник Чернівецького університету: Збірник наукових праць. - 2004. Вип. 201: Фізика. Електроніка. - С.72-74.

2. Ковальчук М.Л., Захарук З.І., Раренко Г.І., Рибак Є.В., Косенков Є.М., Тальянський Е.Б. Перенастроювані оптичні фільтри і спектрометричні елементи на основі варизонних структур CdHgTe, CdMnHgTe // Фізика і хімія твердого тіла. - 2005. - Т.6, №4. - С.670-675.

3. Zakharuk Z., Rybak Ye., Rarenko A., Коval'chuk M., Таl'yanski E., Fochuk P. Growth and optical properties of graded band-gap CdHgTe and CdMnHgTe structures // Phys. stat. sol. (c). - 2006. - Vol. 3, №4. - P. 742-745.

4. Захарук З.І., Стецько Ю.П., Раренко І.М., Ковальчук М.Л., Галочкін О.В., Рибак Є.В. Вирощування, кристалічна і композиційна структура варізонних епітаксійних шарів Cd_xHg_1-xTe та Cd_xMn_yHg_1-x-yTe // Фізика і хімія твердого тіла. - 2006. - Т. 7, № 3. - С. 468-473.

5. Zakharuk Z.I., Rarenko A.I., Rybak E.V., Koval'chuk M.L., Yuriychuk I.M. Peculiarities of CdTe, CdMnTe and CdZnTe Single Crystal Crystallization // Physics and Chemistry of Solid State. - 2007. -Vol. 8, №1. - P. 25-27.

6. Захарук З.І., Дремлюженко С.Г., Ковальчук М.Л., Никонюк Є.С., Раренко А.І. Дослідження включень фази Si в кристалах CdTe,
Cd_1-xMn_xTe, Cd_1-xZn_xTe // Фізика і хімія твердого тіла. - 2007. - Т. 8, № 4. - С. 703-707.

7. Ковальчук М.Л., Колісник М.Г., Копач О.В., Балазюк В.Н., Никонюк Є.С., Раранський М.Д., Склярчук В.М., Раренко А.І., Салань В.П., Докторович І.В. Фізико-хімічні та фізичні властивості кристалів і гетероструктур на базі радіаційностійких напівпровідників групи // Фізика і хімія твердого тіла. - 2008. - Т. 9, № 4. - С. 716-722.

8. Горбатюк І.М., Дремлюженко С.Г., Заплітний Р.А, Раренко І.М., Ковальчук М.Л., Шафранюк В.П., Рудик Н.Д. Вплив Mn і Zn на механічні та структурні властивості твердих розчинів на основі CdHgTe // Тези доповідей. II Укр. наукова конф. з фізики напівпровідників (УНКФН-2). - Том 2. - Чернівці-Вижниця. - 2004. - С. 65-66.

9. Раренко І.М., Ковальчук М.Л., Колісник М.Г., Косяченко Л.А., Герман І.І., Косенков Є.М. Вплив відпалу в парах ртуті на електричні властивості монокристалів Hg₃In₂Te₆ // Тези доповідей. ІІI міжнар. науково-практична конф. “Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології” (МЕТІТ - 3). - Кременчук. - 2008. - С. 74.

1*. Koshkin V.M., Dmitriev Yu. Chemistry and Physics of Compounds with Loose Crystal Structure // Chemical Reviews. - 1994. -Vol.19, №2. - 138 p.

2*. Грушка Г.Г., Герасименко В.С., Грушка З.М. Свойства сплавов системы In₂Te₃-HgTe // Неорган. Материалы. - 1982. -Т. 18, №12. - С. 1989-1993.

3*. Малик А.И., Грушка Г.Г. Самокалиброваный измерительный фотодиод на основе дефектного полупроводника Hg₃In₂Te₆ для спектрального диапазона 0,85-1,5 мкм // ЖТФ. - 1990. - Т. 60, №10. - С.188-190.

Анотація

Ковальчук М.Л. Фотоприймачі на основі твердих розчинів HgTe. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем. - Інститут термоелектрики Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України, Чернівці, 2009р.

Дисертація містить результати комплексних розробок методів синтезу і вирощування та дослідження структурних, електричних, оптичних, фотоелектричних властивостей, варізонних структур (ВЗС) на основі твердих розчинів телуриду ртуті з телуридами двохвалентних металів; кристалів-підкладок для них та кристалів твердих розчинів телуриду ртуті з телуридами трьохвалентних металів і створення на їх основі електричних, оптичних, фотоелектричних приладів та дослідження їх властивостей.

Електронно-зондовим аналізом встановлені причини утворення під час росту в кристалах CdTe і Cd_1-yMn_yTe преципітатів з SiO₂, а також розроблені методи вирощування цих кристалів з низькою густиною дислокацій. Досліджено Т-х діаграму стану системи Cd-CdTe-Sb.

На ВЗС Cd_xMn_yHg_1-x-yTe досліджено температурні залежності електропровідності та ефекту Холла в межах 80-350 К; створені на них перебудовувані оптичні ІЧ фільтри, фотоприймачі, спектрометричні елементи.

Вирощено радіально однорідні за складом і фізичними властивостями радіаційностійкі кристали твердих розчинів телуриду ртуті з телуридами трьохвалентних металів. Це кристали складу In₂Hg₃Te₆ та його аналоги - InGaHg₂CdTe₆, InGaHg₂MnTe₆. Згідно проведеного диференційно-термічного аналізу вони плавляться та кристалізуються конгруентно. Рентгендифракційним аналізом знайдені їх структурний тип, постійні граток, а з дослідження електрочних, оптичних і фотоелектричних властивостей визначені значення ширин їх заборонених зон. На них створені діоди і фотодіоди Шотткі, на яких проведений повний комплекс вимірювання електричних, фотоелектричних характеристик та параметрів до і після г-, в-опромінення.

Дози г-опромінення до 10⁸ бер практично не змінюють фотоелектричних параметрів описаних ФДШ, тому їх рекомендовано як радіаційностійкі фотодетектори ІЧ випромінювання у спектральному діапазоні л=0,8-1,6 мкм та як детектори з широким динамічним діапазоном х-, г-, в-, нейтронного випромінювання.

Аннотация

Ковальчук М.Л. Фотоприемники на основе твердых растворов HgTe. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.01 - физика приборов, элементов и систем. - Институт термоэлектричества Национальной академии наук Украины и Министерства образования и науки Украины, Черновцы, 2009р.

Диссертация содержит результаты комплексных исследований методов синтеза, выращивания, структурных, электрических, оптических, фотоэлектрических свойств варизонных структур (ВЗС) на основе твердых растворов теллурида ртути с теллуридами двухвалентных металлов, кристаллов-подложек для них и кристаллов твердых растворов теллурида ртути с теллуридами трехвалентных металлов и созданных на их основе оптических, фотоэлектрических приборов.

Электронным микрозондовым анализом установлены причины образования и найден способ устранения во время роста в кристаллах CdTe и Cd_1-yMn_yTe преципитатов состоящих из комплексов SiO₂, которые служат стоками других примесей. С целью установления условий выращивания кристаллов для подложек из CdTe, Cd_1-yMn_yTe и ВЗС на них n- и p-типа проводимости с заданной концентрацией носителей тока, для создания оптических и фотоэлектрических приборов (элементов), исследована Т-х диаграмма состояния системы Cd-CdTe-Sb, для определения растворимости междуузловых атомов кадмия, как доноров и атомов Sb в узлах теллура, как акцепторов в кристаллах CdTe.

Показано, что удобнее всего оптические параметры исследуемых ВЗС описывать с использованием понятия оптической плотности. На ВЗС исследованы температурные зависимости в пределах 80-350 К электропроводимости и эффекта Холла. На ВЗС Cd_xMn_yHg_1-x-yTe созданы перестраиваемые оптические ИК фильтры, фотоприемники, спектрометрические элементы.

Разработан способ выращивания методом зонной плавки с непрерывным перемешиванием расплава в зоне, радиально однородных по составу и физических свойствах радиационностойких кристаллов твердых растворов теллурида ртути с теллуридами трехвалентных металлов для многоэлементных фотоприемников.

Этим методом выращены кристаллы отдельного состава твердого раствора (HgTe)₃-In₂Te₃ = In₂Hg₃Te₆ и его аналогов InGaHg₂CdTe₆, InGaHg₂MnTe₆, которые согласно проведенного дифференциально-термического анализа плавятся и кристаллизируются конгруэнтно. Определены их температуры плавления, которые составляют соответственно 715±3С, 760±3С и 775±3С.

С помощью рентген-дифракционного анализа определено, что кристаллы In₂Hg₃Te₆, InGaHg₂CdTe₆ и InGaHg₂MnTe₆ имеют решетку типа сфалерита, структурный тип которой F43m(B3), а постоянные решеток соответственно ровны а₁=6,2912 ?; а₂=6,2529 ?; а₃=6,1032 ?.

На основании измерения зависимости коэффициента оптического поглощения от длины волны установлено, что данные кристаллы владеют прямыми оптическими переходами со значением ширины запрещенной зоны при 300К соответственно Eg₁=0,72±0,02 еВ, Eg₂=0,95±0,02 еВ, Eg₃=1,23±0,02 еВ.

Созданы диоды и соответственно фотодиоды Шоттки на гетероструктурах полупроводника In₂Hg₃Te₆ с пленками Ni. На этих ФДШ проведен полный комплекс измерений их фотоэлектрических характеристик и параметров: спектральной зависимости фоточувствительности, токовой монохроматической чувствительности, постоянной времени, темновых обратных токов до и после их г-, в-облучения.

Показано, что дозы облучения до 10⁸ бэр, фактически не изменяют фотоэлектрических параметров этих ФДШ. В результате этого их рекомендовано как широкодиапазонные радиационностойкие фотодетекторы ИК излучения в важном спектральном диапазоне л=0,8-1,6 мкм и как детекторы для радиометров, спектрометров х-, г-, в- нейтронного излучения.

Abstract

Kovalchuk M.L. Photodetectors based on the solid solutions HgTe. - Manuscript.

Thesis for a degree of candidate of physical and mathematical sciences in the specialty 01.04.01 - physics of devices, elements and systems. - Institute of Thermoelectricity of the National Academy of Sciences of Ukraine and Ministry of Education and Science of Ukraine, Chernivtsi, 2009.

The dissertation presents the results of integrated developments in the sphere of synthesis and growth methods and studies of structural, electrical, optical, photoelectrical properties of graded band-gap structures based on mercury telluride solid solutions with telluride of bivalent metals; bottom layer crystals for them, and crystals of mercury telluride solid solutions with telluride of trivalent metals and creation on their basis of electrical, optical, photoelectrical devices and research of their quality.

The reasons for formation of SiO₂ precipitates in CdTe and Cd_1-yMn_yTe crystals during growth have been discovered by means of electron-probe analysis. T-X diagram of state of Cd-CdTe-Sb system has been studied.

The temperature dependencies of electric conductivity and Hall's effect within 80-350 K on the Cd_xMn_yHg_1-x-yTe graded band-gap structures have been analyzed; tunable optical IR filters, photodetectors, spectrometric elements have been created on their basis.

Radially homogeneous in composition and physical properties radiostable crystals of mercury telluride solid solutions with tellurides of trivalent metals have been grown. These are In₂Hg₃Te₆ crystals and their analogs - InGaHg₂CdTe₆, InGaHg₂MnTe₆. The differential thermal analysis has shown them to melt and crystallize congruently. The X-ray diffraction analysis helped to establish their structural type, lattice constants; and studies of electrical, optical, photoelectrical properties helped to determine the values of their energy gaps. On this basis, the diodes and Schottky photodiodes were created that were subject to full complex of measuring electric and photoelectric properties and parameters prior to and after г-, в-irradiation.

It has been uncovered that г-radiation doses up to 10⁸ Rem almost do not change the photoelectric parameters of the above described Schottky photodiodes, hence they are recommended as IR radiation-resistant photodetectors within the spectral range of л=0,8-1,6 мm and as detectors with wide dynamic range of х-, г-, в-, neutron radiation.

Размещено на Allbest.ru