Анотація до роботи:

Голенков О.Г. Фізичні властивості напівпровідників кадмій - ртуть - телур та фотодіодних структур на їх основі для багатоелементних фотоприймалних пристроїв ІЧ діапазону. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 – фізика приладів, елементів і систем. – Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН Украіни, Київ, 2008.

Дослідження в дисертаційній роботі пов’язані з уточненням впливу товщини фоточутливого шару та механізмів поглинання ІЧ випромінювання напівпровідників кадмій-ртуть-телур (КРТ) на спектральні характеристики чутливості багатоелементних фотодіодних (ФД) структур ІЧ діапазону спектра, що є важливим для проектування багатоелементних фотоприймальних пристроїв (ФПП). Показано, що методи нелінійної оптики можуть бути застосовані для неруйнівного методу контролю часу життя нерівноважних носіїв заряду в монокристалічному КРТ.

Встановлені основні закономірності оптимальної реєстрації ІЧ випромінювання ФПП на основі багатоелементних лінійчатих КРТ ФД з пристроями зчитування у фокальній площині для подальшого їх використання у приладах тепловізійної техніки та визначено вплив неоднорідностей фотоелектричних параметрів ФД на характеристики лінійчатих ФПП для ІЧ діапазону спектра.

Визначено вплив операцій накопичення та перетворення інформації в схемах зчитування на електричні шуми та питому виявлювальну здатність ФПП, що має суттєве значення в прикладних задачах. Розроблені методики для такого аналізу та запропоновані способи врахування впливу неоднорідностей електричних та фотоелектричних характеристик фотодіодів, а також неоднорідностей параметрів транзисторів в схемі прямої інжекції.

В дисертаційній роботі викладено результати проведених досліджень оптичного поглинання в області фундаментального краю монокристалічного та епітаксійного КРТ, спектральних характеристик чутливості КРТ фотодіодів, електричних характеристик схеми прямої інжекції багатоелементного ФПП дальнього ІЧ діапазону спектра, фотоелектричних характеристик та електричних шумів ФПП.

Основні наукові та практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Експериментально встановлено аномально високе значення константи двофотонного поглинання b у монокристалічному Hg_1-xCd_xTe (x ~0,20) при температурах ~300 К, яке дорівнювало b = 830 см/МВт на довжині хвилі 10.6 мкм. Показано, що основним механізмом нелінійного оптичного поглинання в таких зразках є двоступеневе поглинання: спочатку оптичні переходи здійснюються в області експоненційного (Урбахівського) краю, а потім відбувається поглинання нерівноважними носіями заряду в межах валентної зони та зони провідності.

2. Експериментально встановлено, що на довжині хвилі 10.6 мкм зміна температури монокристалічного Hg_1-xCd_xTe (x ~ 0.20) майже не впливає на лінійне оптичне пропускання T₀, проте істотно впливає на величину нелінійного оптичного пропускання Т_н. При зміні температури зразка від 293 К до 353 К значення T₀ змінювалось від 4 % до 3.9 % відповідно, а значення Т_н від 0.9 % до 3.7 % при інтенсивності випромінювання I₀ = 300 кВт/см².

3. Максимум спектральної характеристики чутливості S_lmax КРТ фотодіодів зміщений у короткохвильову частину спектру відносно довжини хвилі l_Eg, яка відповідає енергії кванта випромінювання E_g, де E_g –ширина забороненої зони. Встановлено, що величина зсуву Dl = l_Eg - l_max та абсолютне значення чутливості S_lmax в максимумі залежать не тільки від ширини забороненої зони E_g, але і від товщини фоточутливого шару d фотодіодів. За допомогою математичного моделювання спектрів S(l) отримані емпіричні залежності l_max та S_lmax від d та l_Eg: S_lmax = S_lmax (l_Eg, d) та l_max = l_max (l_Eg, d).

4. Швидкість спаду довгохвильової частини спектральної характеристики чутливості планарних КРТ фотодіодів обумовлена робочою температурою фотодіодів, товщиною фоточутливого шару та експоненційною формою краю оптичного поглинання КРТ. За допомогою математичного моделювання спектрів S(l) отримані емпіричні залежності (для температури ФД ~ 80 К) довгохвильової границі фоточутливості l_0,5 та l_0,9 (по рівню 0,5 та 0,9 відповідно) від d та l_Eg: l_0,5 = l_0,5(l_Eg, d) та l_0,9 = l_0,9(l_Eg, d).

5. Неоднорідність ампер-ватних чутливостей та вольт-амперних характеристик КРТ фотодіодів в багатоелементних ФПП, розкид порогової напруги n-канальних МОН транзисторів у схемі прямої інжекції ФПП, призводить до зменшення динамічного діапазону ФПП та нелінійності вольт - ватної передаточної характеристики окремих фоточутливих елементів.

6. Формула для розрахунку електричних шумів U_noise ФПП за середнім значенням вихідного сигналу U_вих дозволяє контролювати достовірність вимірювання шумів вихідного сигналу ФПП.

7. Використовуючи ефект двоступеневого оптичного поглинання при температурах ~300 К, запропоновано безконтактну методику визначення часу життя нерівноважних носіїв заряду монокристалічного КРТ, що важливо при контролі однорідності зразків КРТ.

8. Розроблено автоматизований стенд та програмне забезпечення для вимірювання вольт - амперних характеристик невеликих за розмірами (30х30 та 50х50 мкм² ) КРТ фотодіодів зондовим методом при температурах рідкого азоту. Розроблено автоматизований стенд та програмне забезпечення для вимірювання спектрів оптичного пропускання епітаксійного та монокристалічного КРТ в спектральному діапазоні 2ч12 мкм. Розроблено автоматизований стенд та програмне забезпечення для вимірювання електричних характеристик схем зчитування для багатоелементних ФПП. Розроблено автоматизований стенд та програмне забезпечення для вимірювання вольт-ватної чутливості та питомої виявної здатності багатоелементних ФПП дальнього ІЧ діапазону спектру.

Публікації автора:

1. Spectral sensitivity dependencies of backside illuminated planar MCT photodiodes / A.G. Golenkov, F.F. Sizov, Z.F. Tsybrii , Darchuk L.A. // Infrared Phys. Technol. – 2006. – V. 47. – P. 213–219.

2. 4x288 Readouts and FPAs Properties / F.F. Sizov, V.P. Reva, A.G. Golenkov, V.V. Vasiliev, A.O. Suslyakov // Optoelectr. Review. – 2006. – V. 14. – P. 67–74.

3. Багатоелементний тепловізор з високою температурною чутливістю та телевізійною частотою кадрів / Ф.Ф. Сизов, О.В. Бехтір, Є.О. Білевич, О.Г. Голенков, Е.Ю. Гордієнко, М.Т. Грінченко, Ж.В. Гуменюк-Сичевська, С.Є. Духнін, В.В. Забудський, П.В. Завадський, І.І. Ільницький, С.Л. Кравченко, В.М. Крайовий, В.П. Рева, С.В. Корінець, Л.О. Писаренко, Ю.В. Фоменко, А.В. Шевчик, Г.В. Шустакова // Наука та інновації. – 2005. – Т. 1, С. 20–33.

4. MCT heteroepitaxial 4288 FPA / V.V. Vasilyev, A.G. Klimenko, I.V. Marchishin, V.N. Ovsyuk, N.Ch. Talipov, T.I. Zahar’yash, A.G. Golenkov, Yu.P. Derkach, V.P. Reva, F.F. Sizov, V.V. Zabudsky // Infrared Physics and Technology. – 2004. – V. 45. – P. 13– 23.

5. MCT Linear Arrays and Associated Silicon Readouts / F.F. Sizov, Yu.P. Derkach, S.A. Dvoretski, A.G. Golenkov, J.V. Gumenyuk-Sichevska, V.P. Reva, V.N. Ovsyuk, Yu.G. Sidorov, N.Kh. Talipov, V.V. Vasiliev, V.V. Zabudsky // Proc. SPIE. – 2004. – V. 5251. – P. 16-25.

6. Composite readouts with TDI and “dead” elements deselection / F.F. Sizov, V.P. Reva, Yu.P. Derkach, A.G. Golenkov, V.V. Zabudsky, S.V. Korinets // Proc. SPIE. – 2003. – V. 5074. – P. 911 – 917.

7. Фотоэлектрические параметры многоэлементных фотоприемников на основе 264 КРТ фотодиодных линеек и ПЗС-устройств считывания / А.Г. Голенков, В.П. Рева, Ф.Ф. Сизов, В.В. Забудский // Прикладная физика. – 2003. – № 1. – С. 100–104.

8. Noise Measurements of HgCdTe LWIR Arrays with CCD Readouts / F.F. Sizov, A.G. Golenkov, V.V. Zabudsky, V.P. Reva // Semiconductor Physics Quantum Electronics and Optoelectronics. – 2002. – V.5. – P. 398–402.

9. Dark-current transport mechanisms in narrow-gap heterojunctions for IR arrays / F.F. Sizov, J.V. Gumenjiuk-Sichevskaya, Yu.G. Sidorov, V.V. Vasil’ev, A.G. Golenkov, V.V. Zabudsky, V.P. Reva, Yu.P. Derkach, V.V. Tetyorkin // Proc. SPIE. – 2001. – V. 4454. – P. 123–134.

10. HgCdTe MBE grown LWIR linear arrays / F.F. Sizov, V.V. Vasil’ev, D.G. Esaev, V.N. Ovsyuk, Y.G. Sidorov, V.P. Reva, A.G. Golenkov, V.V. Zabudsky, J.V. Gumenjuk-Sychevskaya // Opto-Electronics Review. – 2001. – V. 9. – P. 391–396.

11. 2Ч64 linear LWIR arrays on the base of HgCdTe MBE grown layers and CCD silicon readouts / V.V. Vasilyev, S.A. Dvoretski, D.G. Esaev, T.I. Zahariyash, A.G. Klimenko, V.N. Ovsyuk, Yu.G. Sidorov, F.F. Sizov, V.P. Reva, Yu.P. Derkach, S.G. Korinets, A.G. Golenkov, S.D. Darchuk, V.V. Zabudsky // Proc. SPIE. – 2001. – V. 4355. – P.48–52.

12. Properties of 2Ч64 linear HgCdTe MBE grown LWIR arrays with CCD silicon readouts / F.F. Sizov, V.V. Vasilyev, D.G. Esaev, V.N. Ovsyuk, Yu.G. Sidorov, V.P. Reva, Yu.P. Derkach, A.G. Golenkov // Proc. SPIE. – 2001. – V. 4288. – P. 345–353.

13. Properties of 264 Linear HgCdTe molecular beam-epitaxy-grown long wavelength infrared arrays with charged coupled devices silicon readouts / F.F. Sizov, V.V. Vasil’ev, D.G. Esaev, V.N. Ovsyuk, Y.G. Sidorov, V.P. Reva, A.G. Golenkov, Y.P. Derkach // Sensors and Materials. – 2000. – V. 12. – P. 435–444.

14. IR-sensor readout devices with source input circuits / F.F. Sizov, V.P. Reva, Yu.P. Derkach, S.D. Darchuk, Yu.G. Kononenko, D.A. Filenko, A.G. Golenkov, S.V. Korinets // Semiconductor Physics Quantum Electronics and optoelectronics. – 1999. – V. 2. – P. 102–110.

15. Голенков О. Г. Вплив температури на нелінійне оптичне поглинання монокристалів CdHgTe у дальній інфрачервоній ділянці спектру / О.Г. Голенков, С.Д. Дарчук, Ф.Ф. Сизов // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника. – 1998. – Т. 33. – С. 181-185.

16. Golenkov A. G. Nonlinear optical transmission of Cd0.2Hg0.8Te single crystals at room temperature / A.G. Golenkov, S.D. Darchuk, F.F. Sizov // Proc. SPIE. – 1997. – V. 3182. – P. 166–169.

17. Голенков О. Г. Математичне моделювання та дослідження нелінійного оптичного пропускання вузькощілинних напівпровідників Cd0.2Hg0.8Te при кімнатній температурі на довжині хвилі 10.6 мкм / О.Г. Голенков, С.Д. Дарчук, Ф.Ф. Сизов // Український фізичний журнал. – 1997. – Т. 42. – С. 1123–1127.

18. Деклараційний патент на винахід 56653А, Україна. Фотоприймальний прилад тепловізора / Сизов Ф.Ф., Маслов В.П., Рева В.П., Забудський В.В., Голенков О.Г., Ліхоліт М.І., Саєнко І.Я., Ріділа О.С., Яровой О.Т., Краєв Ю.О.; Інститут фізики напівпровідників НАН України. – № 2002086596; заявлено 08.08.2002, опубліковано 15.05.2003, Бюл. № 5.

19. Голенков А. Г. Определение времени жизни неравновесных носителей заряда в монокристаллическом КРТ методами нелинейной оптики / А. Г. Голенков // XX Международная научно - техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения: Россия, Москва, НПО “Орион”, 27-30 мая 2008 г.: тезисы докл. – 2008. – С. 179.

20. Стенд для измерения параметров интегральных схем считывания многоэлементных ИК ФПУ / С.Е. Духнин, В. В. Забудский, А. С. Станиславский, А. Г. Голенков, С. В. Коринец, В. П. Рева // XX Международная научно - техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения: Россия, Москва, НПО “Орион”, 27-30 мая 2008 г.: тез. докл. – 2008. – С. 149.

21. Гетероструктурные гибридные ФПУ / Ф.Ф. Сизов, В.О. Билевич, В.В. Васильев, А.Г. Голенков, Ж.В. Гуменюк-Сычевская, С.А. Дворецкий, В.В. Забудский, Т.И. Захарьяш, А.Г. Клименко, И.В. Марчишин, В.Н. Овсюк, В.П. Рева, Ю.Г. Сидоров, Талипов Н.Х. // Нанофизика и Наноэлектроника: пятый междунар. рос.-укр. семинар, Россия, Санкт-Петербург, ФТИ им. Иоффе РАН, 17-19 июня 2004 г.: тезисы докл. – 2004. – С. 29.

22. Composite readouts with TDI and “dead” elements deselection / F.F. Sizov, V.P. Reva, Yu.P. Derkach, A.G. Golenkov, V.V. Zabudsky, S.V. Korinets // Infrared Technology and Applications XXIX: int. conf. SPIE, Orlando, FL, USA, 21 April 2003.: тезисы докл. – 2003.

23. Многоэлементные гибридные фотоприемные устройства на основе узкощелевых полупроводников / В.В. Васильев, А.Г. Голенков, Ж.В. Гуменюк-Сычевская, Ю.П. Деркач, С.А. Дворецкий, В.В. Забудский, Т.И. Захарьяш, А.Г. Клименко, И.В. Марчишин, В.Н. Овсюк, В.П. Рева, Ю.Г. Сидоров, Ф.Ф. Сизов, Талипов Н.Х. // Нанофизика и Наноэлектроника: четвертый междунар. укр.-рос. семинар, Киев, 15-18 сентября 2003 г.: тез. докл. – 2003. – С. 14–15.

24. Схемы считывания для многоэлементных КРТ - ФПУ / В.П. Рева, Ф.Ф. Сизов, Ю.П. Деркач, А.Г. Голенков, С.В. Коринец, Л.А. Писаренко // Фотоника–2003: совещание по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники, Россия, Новосибирск, ИФП СО РАН, 28-31 августа 2003 г., тезисы докл. – 2003. – С. 30.

25. Многоэлементные гибридные ФПУ на основе КРТ-фотодиодов / В.В. Васильев, А.Г. Голенков, В.В. Забудский, И.В. Марчишин, В.П. Рева, В.Н. Овсюк, Ю.Г. Сидоров, Ф.Ф. Сизов // Фотоника-2003: совещание по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники, Россия, Новосибирск, ИФП СО РАН, 28-31 августа 2003 г., тезисы докл. – 2003. – С. 18.

26. Image acquisition and processing with LWIR (8-10.5 microns) multielement FPA based on 264 MCT photodiode array and CCD silicon readouts / F.F. Sizov, A.G. Golenkov, V.V. Zabudsky, V.P. Reva // Перша Українська наукова конференція з фізики напівпровідників: Одеса, 10 – 14 вересня 2002 р., тези доп. – 2002. – С. 169.

27. Голенков А.Г. Температурный эквивалент шума (NETD) многоэлементного ФПУ для дальней (8ч10.5 мкм) инфракрасной области спектра на основе 2Ч64 фотодиодной КРТ линейки и кремниевой схемы считывания / А.Г. Голенков, В.В. Забудский, В.П. Рева // XVII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения: Россия, Москва, НПО “Орион”, 27-31 мая 2002 г.: тезисы докл. – 2002. – С. 98–99.

28. Многоэлементные ФПУ с ВЗН 4х288 для дальней инфракрасной области спектра на основе КРТ - соединений / А.Г. Голенков, В.П. Рева, В.В. Забудский, Ю.П. Деркач, Ф.Ф. Сизов, В.Н. Овсюк, В.В. Васильев, И.В. Марчишин, Т.И. Захарьяш, А.Г. Клименко // XVII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения: Россия, Москва, НПО “Орион”, 27-31 мая 2002 г.: тез. докл. – 2002. – С. 11.

29. Устройства считывания для многоэлементных фотодиодных линеек на ИК- диапазон на основе HgCdTe / А.Г. Голенков, С.Д. Дарчук, Ю.П. Деркач, С.В. Коринец, В.В. Рева, Ф.Ф. Сизов, Д.А. Филенко // XVI Международная научно - техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения: Россия, Москва, НПО “Орион”, 25-27 мая 2000 г.: тезисы докл. – 2000. – С. 15–16.

30. Golenkov A.G. Nonlinear optical transmission of Hg1-xCdxTe at room temperature / A.G. Golenkov, S.D. Darchuk // Material Science and material properties for infrared optoelectronics: int. conf. SPIE, Uzgorod, Ukraine, 30 September – 02 October 1996,: abstracts – 1996. – P. 53.