Длинноволновые фоторезисторы на основе полупроводниковых δ-легированных сверхрешеток и ИК матрицы с большим временем накопления фотосигнала

• Автор: Селяков, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕЖЗОННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ДЛИННОВОЛНОВОГО ИК ИЗЛУЧЕНИЯ В ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫХ -ЛЕГИРОВАННЫХ СВЕРХРЕШЕТКАХ (ТСР)
1.1 Структура ТСР
1.2 Поглощение ИК излучения в областях сверхсильного
электрического поля ТСР
1.3 Эффективный коэффициент поглощения
ИК излучения в ТСР
ГЛАВА 2. СТАТИСТИКА И ТУННЕЛЬНО - ИЗЛУЧАТЕЛЬНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННО - РАЗДЕЛЕННЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА В ТСР
2.1 Статистика носителей заряда в ТСР
2.2 Туннельно - излучательная рекомбинация в ТСР
2.3 Люминесценция ТСР
2.4 Прямая рекомбинация Шокли - Рида в ТСР
ГЛАВА 3. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ПОРОГОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОРЕЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ ТСР
3.1 Фотопроводимость ТСР
3.2 Фоточувствительность ТСР фоторезистора
3.3 Пороговые характеристики ТСР 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

4.4 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
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Одна из важных проблем полупроводниковой электроники состоит в создании крупноформатных смотрящих ИК матриц различного спектрального диапазона. Для реализации высоких пороговых характеристик время накопления фотосигнала (время кадра) в ячейках таких матриц должно быть достаточно велико [1], и во многих случаях его максимальное значение определяется постоянной времени человеческого глаза. Основной особенностью регистрации изображений в ИК диапазоне, по сравнению с видимым, является наличие сильного фонового излучения в диапазоне 3 - 5 и особенно 8-14 мкм. Сильное фоновое излучение обуславливает быстрое переполнение потенциальных ям ИК ПЗС и ПЗИ, а так же накопительных емкостей гибридных смотрящих матриц на основе узкозонных полупроводников, разработанных к настоящему времени [2-6]. Это является главной причиной, по которой пороговые характеристики современных крупноформатных гибридных ИК матриц далеки от теоретического предела, определяемого флуктуациями фонового излучения, несмотря на то, что единичные фотодетекторы на основе узкозонных полупроводников обладают предельно высокими параметрами. Большое время накопления фотосигнала в неохлаждаемых болометрических и пироэлектрических матрицах, которое достигает величины порядка постоянной времени человеческого глаза, приводит к тому, что пороговые характеристики таких матриц [7, 8] сопоставимы с параметрами смотрящих матриц на основе узкозонных полупроводников, работающих при криогенных температурах [2-6].
Попытки создания крупноформатных планарных смотрящих ИК ПЗС и ПЗИ матриц с высокими пороговыми характеристиками на основе узкозонных полупроводников оказались неудачными еще и потому, что в таких матрицах туннельный ток ограничивает коэффициент переноса и быстродействие [9]. Кроме того, высокая плотность поверхностных состо-
рок в яме р типа может составлять величину порядка 1018 см 3, близкую к У„ для 1пЗЬ.
2.2 Туннельно — излучательная рекомбинация в ТСР
Излучательная рекомбинация неравновесных носителей в ТСР определяется непрямыми в реальном пространстве туннельно - излучательными переходами электронов из ям п типа в ямы р типа. Для невырожденных электронов и дырок скорость такой излучательной рекомбинации можно записать в виде:
Д. = ЛУР. (2.5)
Разностная скорость излучательной рекомбинации равна Д = Д — От, где бг - скорость тепловой генерации носителей. При термодинамическом равновесии До = От = ЛУоРо = ЛУ2, где Щ, Ро - равновесные числа электронов и дырок в потенциальных ямах пир типа, соответственно, а У2 определяется (2.3). Пусть изменения концентраций носителей в потенциальных ямах ДУ и АР малы по сравнению с их равновесными значениями. Тогда учитывая, что ДУ = ДР и = ЛУ2, из выражения (2.5) величину Я можно записать в виде: Я = ЛДУ(Уо + Ро) = ДУ/тд, т.е. излучательное время жизни неравновесных носителей есть:

(?т(Уо + Ро) ’ а скорость излучательной рекомбинации равна:

Д = (2.7)
Используя идею Ван-Русбрека и Шокли [55, 56], в термодинамическом равновесии, скорость тепловой генерации носителей в периоде Ь ТСР с единичной площадью грани можно записать в виде: