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

о т з ы вофициального оппонента на диссертационную работу Фещенко ВалерияСергеевича «Физико-технологические принципы разработки и производстваалмазных ультрафиолетовых детекторов и приборов на их основе»представленную на соискавне ученой степени доктора технических наук поспециальности 05.27.01 Твердотельная электроника, радиоэлектронныекомпоненты, микро- и нано- электроника, приборы на квантовых эффектахАктуальность избранной темы.Актуальность темы диссертационной работы связана с тем, что в настоящеевремя ведутся интенсивные работы в направлении создания фотоприёмников УФдиапазона спектра. Это связано с их разнообразными применениями в различныхобластях науки и техники.Так, например, в электронной промьппленности УФ-излучение применяетсяпри лазерной подгонке номиналов тонкопленочных резисторов интегральныхсхем, в микролитографии для отверждения фотолаков и фоторезистов и т.пВсе более широкое распространение получают приборы, регистрирующиеУФ-излучение в системах обнаружения возгораний и задымлений, устройствахобнаружения и наведения систем вооружения и т.п.Дальнейшее развитие применения приборов УФ диапазона существеннымобразом зависит от совершенствования способов и приборов детектирования УФизлучения.Фотопленкии другиефотоматериалыпозволяют записатьбольшоеколичество информации при однократном экспонировании, но имеют серьезныенедостатки: низкую и нелинейную чувствительность, узкий динамическийдиапазон, невозможность фильтрации фона и паразитную засветку эмульсии,поэтому,сегодняонииспользуютсяредко,восновномдлянаучныхисследований.В фотоэмиссионных приборах падаюпщй фотон выбивает с поверхностифотокатода электрон, который ускоряется в вакууме и движется к аноду приприложении электрического потенциала.

Образующийся электрический токдетектора пропорционален числу фотоэлектронов, то есть интенсивности1падающегоизлучения.Преимуществатакогодетектора:высокаячувствительность и удобства в работе с ним; недостатки: низкая квантоваяэффективность, спектральная зависимость отклика детектора и зависимостьэффективности от качества и чистоты поверхности.Полупроводниковыйдетектор использует внутреннийфотоэффект,вкотором энергия фотона должна быть достаточно большой, чтобы фотоэлектронпреодолел запрещенную зону и перешел в зону проводимости. Преимуществатакого детектора: широкий рабочий спектр, хорошая линейность, высокаяквантовая эффективность, широкий динамический диапазон, возможностьизготовления больших изображающих матриц; недостаток - наличие эффектастарения под действием УФ-излучения.Этогонедостаткаполупроводников.ВлишеныкачестведетекторыматериаловнаосновеУФДможноширокозонныхиспользоватьтонкопленочные алмазные покрытия (ширина запрещенной зоны Eg=5,4 эВ),карбид кремния (Eg=2,9 эВ) и нитриды элементов Ш группы: A1N, GaN, InN(Eg=3,4-6,2 эВ).Из этой группы широкозонных материалов выгодно выделяется алмаз.

Онобладает наивысшей лучевой стойкостью, рекорднойтеплопроводностью,высокой подвижностью носителей заряда и химической инертностью.Всё вышеизложенное подтверждает актуальность диссертационной работыавтора, направленной на разработку и производство алмазных ультрафиолетовыхдетекторов и приборов на их основе.Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций,сформулированных в диссертации.В диссертационной работе использовались современные стандартныефизические,химические,математическиеметодыисследованияполупроводниковых материалов и структур. Степень обоснованности научныхположений, выводов и рекомендаций подтверждается глубокой проработкойлитературных источников по теме диссертации, постановкой большого числаэкспериментов, применением современных инструментальных методов анализа,2публикацией основных положений диссертации.

Для математической обработкирезультатов исследований использованы прикладные компьютерные программы.Основные положения и результаты диссертационной работы доложены иобсужденынамеждународныхивсероссийскихнаучно-практическихконференциях. Анализ основных положений и выводов диссертационной работыФещенко B.C. показывает, что они отличаются новизной и достоверностью.Научная новизна технических решений подтверждена пятью патентами РФ.Достоверность и новизну исследования, полученных результатов,выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации.Достоверность выводов и результатов обеспечена использованием вкачестве теоретической и методологической базы фундаментальных научныхтрудов зарубежных и отечественных авторов, монографий российских изарубежных(англоязьиных)ученых,статей из периодическихизданий,посвященных исследованию обозначенной проблемы.

Перечисленные трудыпослужили базой для обобщения накопленных знаний в исследуемой области иотправной точкой для выявления актуальных задач и вьфаботки методологии ихрешения. Эксперименты проводились по общепринятым или утвержденнымсогласно ГОСТа методикам. Работоспособность приборов и достигнутыехарактеристики подтверждены на государственных испытаниях.Новизна полученных результатов заключается в следуюшдх положениях:1.

Исследованы алмазные материалы с точки зрения их применимости кизготовлению детекторов излучения, даны рекомендации по качеству сырьяпригодного для изготовления полупроводниковых приборов.2. Разработана серийная технология производства одноэлементных алмазныхдетекторов, показана её работоспособность и устойчивость.3.

Разработанаконструкцияисерийнаятехнологияпроизводствамногоэлементных детекторов УФ излучения на основе алмаза.4. Проведеныэкспериментальныеисследования,которыепоказалисущественное преимущество конструкции пиксела проводящего через объёмперед пикселом встречноштыревой констрз^кции, выразившееся в том, что3темновые токи у него были в четыре раза меньше, чувствительность в шесть развыше, а геометрический шум меньше.5.

На основе разработанных алмазных датчиков были изготовлены рядприборов для использования, как в наз^ных исследованиях, так и впромышленности.Значимость для науки и практики полученных автором результатов иконкретные рекомендации по использованию результатов и выводовдиссертации.Диссертантом разработаны научные основы технологии приборостроениядля создания информационно-измерительных приборов УФ диапазона спектранового поколения.

Эти приборы мотуг применяться в шзфоких областях науки итехники таких как:1. Астрономия и космические исследования: наблюдение светящихся илиотражаюпщх в УФ диапазоне объектов, астронавигация по солнцу и звёздам и т.д.2. Физика: в спектрометрических исследованиях, калибровка и метрологиялазерного излучения.3. Химия:спектральныйанализ,контрользафотохимическимипревраш;ениями.4. Техника: фотолитографическое производство, пожарные сигнализаторы,датчики утечки электричества.5. Экология и медицина: дозиметрия УФ-излучения, очистка сточных вод,контроль за качеством воды.6.

Военное дело: в приборах наблюдения, обнаружения, прицеливания исопровождения цели.Достоинства и недостатки диссертационной работыОценивая достоинства диссертационной работы B.C. Феш;енко, следуетотметить,чтосодержащимработанаучнуюявляетсяновизнузаконченными практическуюнаучнымисследованием,значимость,решаюпщмактуальные проблемы в области научной специальности по паспорту ВАК05.27.01 - «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- инано- электроника, приборы на квантовых эффектах».

Содержание диссертациилогично выстроено в соответствии с темой исследования. Работа состоит извведения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы,приложений.Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования,сформулированы цель, задачи, предмет и объект исследования, определенынаучная новизна и практическая значимость результатов работы.

Фещенко B.C.ставит целью диссертационной работы разработку конструкции и изготовлениеалмазных детекторов УФ излучения и их экспериментальное исследование. Этацель последовательно достигается через решение обозначенных во введении кдиссертации задач исследования.В первой главе проведено теоретическое и экспериментальное исследованиесвойств природного и искусственного алмаза. Показаны преимущества иограничения при использовании его как чувствительного материала дляизготовления детекторов УФ-диапазона спектра.Во второй главе рассмотрены различные констрз^ии одноэлементныхдетекторов и описана разработанная технология их серийного производства.

Данырекомендации по подбору алмазного сьфья для производства УФ-детекторов, атакже материалов для изготовления электродов. Изготовлены два вида алмазныхдетекторов отличаюпщхся тем, что в одном из них фототок регистрировался наповерхности, а в другом случае в объёме алмазного материала. Оба эти приборабыли доведены до серийного производства.Экспериментальноодноэлементныхисследованыдетекторов.характеристикиОбсуждены их достоинстваизготовленныхиособенностифункционирования.

Предложен новый метод распознавания жидких смесей по ихспектральному составу пзпгём использования свойства алмазного датчика менятьформу своей спектральной чувствительности в зависимости от напряжениясмещения.Третья глава посвящена разработке и конструированию многоэлементныхдетекторов УФ-излучения на основе природного алмаза. Опираясь на опытразработки ИК детекторов, автором были обоснованы конструкторские решения,которые были, затем воплощены в реальных многоэлементных (линейных иматричных) детекторах УФ-излучения. Были изготовлены и исследованылинейные детекторы с 128x2 с ячейками, реализующими как регистращпо УФизл)Д1ения на поверхности, так и в объёме алмазного материала.