Отзыв второго оппонента (Физико­технологические принципы разработки и производства алмазных ультрафиолетовых детекторов и приборов на их основе)

официального оппонента на диссертационную работу Фещенко Валерия Сергеевича «Физико-технологические принципы разработки и производства алмазных ультрафиолетовых детекторов и приборов на их основе», представленную на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.27.01 Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника, приборы на квантовых эффектах Актуальность изоранной темы. Работы по созданию сенсоров УФ диапазона ведутся много лет, как в РФ, так и за границей.

Основной проблемой использования, в частности, УФ-С диапазона является малость абсолютной величины сигналов и предъявление повышенных требований к чувствительности сенсоров. Однако чувствительность ограничивается необходимостью отфильтровать видимый спектр с подавлением паразитного видимого диапазона спектра на много порядков величины„что является само по себе нетривиальной задачей. Для решения задачи детектирования УФ-С излучения первоначально пытались применить оптоэлектронные вакуумные приборы, использующиеся для обнаружения оптического излучения. В настоящий момент ведущими мировыми производителя созданы УФ фотоприемные устройства, Они представляют собой фотоэлектронные умножители электронно-оптических преобразователей, микроканальные фотокатодные устройства и устройства на основе широкозонных полупроводников.

Эти приемники имеют свои ограничения. Для фотоэлектронных умножителей необходим вакуум, высокое напряжение, у них большие габариты и вес. Что касается микроканальных фотокатодных устройств, то это вакуум, нестабильность коэффициента умножения и чувствительности, искажение изображения. Твердотельные приемники на основе широкозонных полупроводников создаются из различных материалов: кремний„баР, нитриды, природный алмаз. Твердотельные приемники на основе кремния и баР оптимальны для ближнего к видимому диапазону УФ, хотя и имеют проблемы с необходимостью подавления сигналов видимого излучения, приемники на основе нитридов системы Л1баМ оптимальны в УФ-диапазоне 240-340 нм.

Наиболее перспективным материалом для твердотельных детекторов УФ-диапазона 200-240 нм является алмаз. Отдельные образцы природных кристаллов и синтетические кристаллы алмаза (легированные определенными примесями) являются широкозонными полупроводниками (ширина запрещенной зоны 5,45 эВ и большая подвижность носителей). Кроме того, алмаз обладает химической и радиационной стойкостью (на 1 — 2 порядка выше, чем у традиционных полупроводниковых материалов), высокой стабильностью электрических и полупроводниковых характеристик (до температуры -823'К), электрической прочностью (до 10' В!см), высокой теплопроводностью.

Поэтому диссертационная работа Фе щенко В.С., связанная с конструированием и разработкой технологии изготовления алмазных детекторов УФ излучения и приборов на их основе, несомненно, является актуальной. Достоверность и новизна иссдедовония. научных положений и выводов диссертационной работы, обеспечивается применением современных методов анализа, экспериментальной проверкой результатов и многочисленными апробациями. Полученные автором результаты научно обоснованны и убедительны, Результаты научных исследований Фещенко В.С. хорошо известны широкому кругу исследователей, занимающихся как проблемами твердотельной электроники, так и оптики, в том числе мне и сотрудникам АО «НПО «Орион» по докладам на традиционных конференциях по фотоэлектронике, проводимых АО «НПО «Орион».

Полученные автором научные результаты нашли признание как у нас в стране„так и за рубежом. Отмеченные основные результаты убеждают в своей новизне и подтверждают, что они являются перспективными для практического использования. Высокий научный уровень выполненных исследований, системный и комплексный подход к проблемам, сопоставительный анализ экспериментальных и теоретических результатов и с данными, полученными независимыми исследователями, убеждают в надежности и достоверности представленных результатов.

В целом, наиболее интересные полученные автором научные в следующем виде: 1. Показано, что высокая плотность состояний в запрещенной зоне алмаза, приводит к тому, что засветка алмазного детектора неактиничным фоновым излучением во время регистрации УФ сигнала может существенно увеличить фототок, что может отрицательно влиять на абсолютные фотометрические измерения. 2. Впервые разработаны научные основы серийной технологии производства одноэлементных алмазных детекторов. 3.

Экспериментально получено„что изучаемые алмазные датчики имеют несимметричную световую вольтамперную характеристику и показано, что это происходит за счет того, что время жизни неравновесных дырок примерно в 10 раз меньше времени жизни электронов; 4. Экспериментально показано, что с повышением напряжения смещения, форма спектра фоточувствительности алмазного фотодиода меняется, причем у относительно чистых алмазов (концентрация азота < 10~') растет фоточувствителыюсть в области длин волн короче 210 нм, а у более «грязных» ~концентрация азота — 10'9) начинает расти фоточувствительность в районе 240-280 нм.

5. Впервые разработаны научные основы серийной технологии производства многоэлементных алмазных детекторов. 6. Впервые в мире изготовлена алмазная матрица форматом 128х128, спектральным диапазоном от 180 до 270 нм, состыкованная с мультиплексором с посредством индиевых столбцов и с ее помощью было получено УФ-изображение.

7. На основе алмазных детекторов разработаны и изготовлены фотоприемные устройства с рекордными параметрами. Лрактическая значимость работы. Следует признать, что это и практически чрезвы чайно значимое направление как в твердотельной электронике, так и в других областях науки, техники, экологии и медицине. Использование вновь разработанных детекторов УФ излучения сделает возможным осуществлять метрологию УФ-излучения на качественно новом уровне и создавать принципиально новые приборы контроля источников УФ излучения, (таких как, пико- и наносекундные импульсные эксимерные лазеры и лампы высокого давления), которые используются в лазерной технике, полиграфии, производстве интегральных схем, биотехнологии, и других областях, включая экологию и технику безопасности.

П актическан значимость работы связана со сленузопзиьеи результаз аыи, полученными в Лиссерзанни: 1. Разработаны научные основы технологии приборостроения для создания информационно-измерительных приборов УФ диапазона спектра нового поколения. 2. Разработанные конструктивные и физико-технологические основы производства алмазных одноэлементных детекторов позволяют серийно изготовлять эти детекторы. 3.

Разработанные конструктивные и физико-технологические основы производства алмазных многоэлементных детекторов матричного и линейного типа позволяют серийно изготовлять эти детекторы и приборы на их основе. 4. Полученные в работе экспериментальные данные по фотоэлектрическим характеристикам алмазных одноэлементных и многоэлементных фотоприемников позволят широко внедрять их в таких актуальных областях науки, техники и технологии, как детектирование УФ излучения с целью обнаружения источников утечки электроэнергии, очагов возгорания, пусков боевых ракет и выстрелов из стволовой артиллерии. Большой интерес представляет дозиметрия УФ излучения в медицине, в промышленных озонаторах и космических аппаратах.

Конкретные рекомендации по использованию результатов работы. Полученные в диссертации результаты могут быть использованы на предприятиях Госкорпорации «Роскосмос» для создания приборов ориентации„мониторинга земли и космического пространства, обнаружения запусков ракет, прицельных комплексов нового поколения, АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А.Г. Шипунова» для создания систем наведения и прицеливания в УФ диапазоне спектра, ЗАО Концерн «Мойдодыр» для создания приборов экспресс-анализа загрязнений сточных вод нефтепродуктами и др, Оценка содержании диссертации.

Развитый в диссертационной работе подход и полученные результаты имели иельюю теоретическое и экспериментальное исследование алмазных материалов, технологических процессов изготовление алмазных детекторов УФ излучения, разработка их конструкции, изготовление и экспериментальное исследование и составили основу развиваемого нового на чного нап авленив — разработка и изготовление твердотельной электроники на основе алмаза. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка библиографических ссылок.

Во введении обосновывается актуальность темы и конкретизированы поставленные задачи„определены научная новизна и вынесенные на защиту положения„дана практическая значимость работы, приведены данные об апробации результатов. В ие вой главе рассмотрены литературные данные, приведены основные свойства алмазных материалов, влияющие на физические характеристики и конструктивные особенности приборов на их основе. Приводятся данные по физической классификации алмазов. рассматривается зонная структура полупроводникового алмаза и связанные с ней особенности электропроводности и фотопроводимости алмазных материалов.

технологии изготовления одноэлементных алмазных фотодетекторов, исследованы их характеристики. Технологические приемы изготовления алмазных датчиков разработаны на базе технологии производства кремниевых интегральных схем. Наличие индивидуальных номеров для каждой пластины, а также различные габариты (особенно толщина пластины), привели к необходимости модифицировать этот процесс. 8 процессе исследования характеристик алмазных фотодетекторов были выявлены некоторые особенности поведения формы спектральной характеристики в зависимости от напряжения смещения, связанные как с конструкционными особенностями самих приборов, так и с электрофизическими свойствами алмазных материалов.

В т етьей г.заве приведены результаты разработки конструкции и технологии изготовления многоэлементных ультрафиолетовых детекторов на основе алмазных материалов. На основе анализа экспериментальных и литературных данных показано, что для создания многоэлементных алмазных приемников наиболее подходит «с эндвичевая» структура, в которой детектирование УФ-излучения происходит в алмазных фотоприемниках, а обработка электрического сигнала (накопление, опрос)— в кремниевом кристалле.