Автореферат (Методы и программные средства поиска информации на основе прецедентов в интеллектуальных поисковых системах)

На правах рукописи +--, Мирошников Борис Николаевич МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ФОТОРЕЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ РЬБ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ОПТИКОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ Специальности 01.04.10 — физика полупроводников АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Попов Анатолий Игоревич Москва 2016 Защита диссертации состоится «06» октября 2016 г. в аудитории К-102А в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212 157.06 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» по адресу: г.

Москва„ул. Красноказарменная, д. 14 Отзывы (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» и на сайте [15Ю.: Ы1р 11и цт~лпре1.гц1 Автореферат разослан «15» июля 2016 г. Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157.06 к.т.н., доцент Сарач Ольга Борисовна Научный руководитель: Официальные оппоненты: Ведущая организация Работа выполнена на кафедре электроники и наноэлектроники ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» Доктор технических наук, профессор Попов Анатолий Игоревич Доктор физико - математических наук, заслуженный деятель науки РФ, профессор Дирочка Александр Иванович Доктор технических наук, профессор Аверин Игорь Александрович, заведующий кафедрой нано- и микроэлектроники ФГБОУ ВПО Пензенский государственный университет ФГБОУ ВО Рязанский государственный радиотехнический университет ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

Бинарные полупроводниковые соединения группы А4В6 стали использоваться в радиотехнике с начала 40-х гг. ХХ века для оптико-электронных систем (ОЭС),применяемых для обнаружения и автосопровождения точечных источников излучения малой интенсивности, Фоторезисторы (ФР) на основе РЬБ являются первыми и наиболее употребляемыми фотоприемниками этого класса, производимыми в массовом масштабе. Они применяются в системах обнаружения и самонаведения, дальнометрии, радиационной пирометрии, астрокоррекции, для наблюдения из космоса, передачи информации по закрытым линиям связи, в противопожарных и охранных системах, детекторах локального перегрева и т.д.

В настоящее время описано более десятка технологических процессов, позволяющих производить указанные ФР с высокими параметрами. Все они могут быть разделены на 2 группы: ° изготовляемые при температуре до 400 К (низкотемпературные) и ° высокотемпературные, т.е. предусматривающие на одной из технологической стадии кратковременный (до 30 минут) нагрев структуры свыше 800 К в воздушной атмосфере. Несмотря на высокую отработанность серийных технологий изготовления этих приборов„ остаются нерешенными проблемы создания тонкой (1-2 мкм) однородной пленки полупроводника с минимальной концентрацией свободных носителей (желательно получение р,„=(1 —:3) 10' см ' при Т=300 К) и адаптации ФР по частотам.

Степень разработанности темы исследования. Проблемам разработки фоторезисторов на основе РЬБ посвящено большое количество работ, частично представленные в списке литературы, но большей частью носящие закрытый характер в силу областей применения этих фотоприемников и поэтому недоступных широкой научной общественности. Несмотря на это, данная работа претендует на принципиально новый подход к тематике: рассмотрению фоточувствительных элементов (ФЧЭ) в их взаимодействии с окружающей средой и использование этого взаимодействия для оптимизации параметров ФР. Цель диссертации — оптимизация и стабилизация параметров ФР на основе РЬБ для импульсных ОЭС, созданных для обнаружения точечных источников ИК излучения малой интенсивности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи: 1. Выявление взаимной связи между основными параметрами ФР (чувствительностью 3д и удельной обнаружительной способностью 0 ) и феноменологическими параметрами твердого тела, в первую очередь — концентрацией основных носителей и временем жизни свободных носителей заряда.

2. Выявление методов повышения рабочей частоты фоторезисторов путем снижения постоянной времени релаксации фотопроводимости (т) при минимизации концентрации свободных электронов в уже сформированной структуре ФЧЭ. Научная новизна работы 1, На основе комплексного анализа значительного числа ФР, выпускаемых промышленностью для импульсных ОЭС, создана модель, позволяющая выявить однозначную связь между параметрами ФР и полупроводникового материала. При этом показано, что концентрация носителей определяется не только концентрацией вводимых глубоких ловушек химически связанного кислорода (кислородосодержащих примесей — КСП), приводящих к образованию свободных дырок (р~), но и концентрацией свободных дырок (р2), образованных в результате «прилипания» электронов на мелких ловушках, созданных физически адсорбированными радикалами кислорода. Для указанных физически адсорбированных радикалов впервые введено понятие кислородосодержащие летучие соединения — КСЛС.

2. Впервые раскрыт физико-химический механизм управления основными параметрами ФЧЭ на основе РЫ, заключающийся в регулировании концентрации свободных носителей заряда (р2) путем управления концентрацией кислородосодержащих летучих соединений — КСЛС. 3. Впервые установлено, что эффекты изменения времени релаксации фотопроводимости т (времени жизни свободных носителей заряда) при дегазации ФЧЭ, связаны с формированием в материале (на поверхности кристаллитов) продуктов разложения гидроокиси свинца РЬ(ОН), .

4. Впервые показано, что при малых значениях времени жизни носителей заряда чувствительность пропорциональна времени жизни носителей (5~, — с г при тдо 50 —:70мкс или даже 5~ — с г при тдо 10мкс). При т более 250 мкс лз значения чувствительности не зависят от времени жизни носителей. Практическая значимость работы состоит в развитии научных основ для совершенствования технологических процессов. Показано, что известные в литературе кислородо содержащие примеси (КСП) стабильные химические соединения, получаемые технологами с помощью высокотемпературного отжита (у физических ФЧЭ) или добавлением активаторов при осаждении полупроводникового слоя (у химических ФЧЭ) служат для компенсации донорных примесей различной природы. Компенсация — процесс необратимый, ошибка в режиме приводит к фатальным последствиям.

Определены технологические пути регулирования концентрации свободных носителей заряда и связанных с ними основных фотоэлектрических параметров неохлаждаемых ФР путем создания акцепторных уровней как за счет диффузии атомов кислорода в объем кристаллитов (с энергией активации 0,23 эВ от Е ), так и созданием уровней прилипания (с энергией активации 0,12 —:0,15 эВ от Е,) за счет формирования радикала О, при высокотемпературных процессах очувствления, либо радикала (ОН) при низкотемпературных процессах на поверхности кристаллитов.

Проведена оптимизация методов изготовления ФЧЭ для определенного диапазона частот ОЭС. Показано, что ФР, используемые в ОЭС, служащих для обнаружения и сопровождения слабых источников излучения в спектральном диапазоне 1-3 мкм сохраняют свои характеристики после воздействия на них температур 350 —:380 К. Показано, что изменение влажности атмосферы приводит к падению темпового сопротивления и возрастанию шума, что связано с высокой гидрофильностью структуры ФЧЭ. Однако, если пары вода не загрязнены, длительная осушка ФЧЭ приводит к восстановлению параметров.

Показано, что диэлектрическая (клеевая) пленка, соединяющая ФЧЭ с оптическими элементами (лннзами) ФР обеспечивает сохранение параметров ФЧЭ при многолетнем хранении. На защиту выносятся следующие положения. 1. Предложенный метод определения феноменологических параметров материала ФЧЭ из параметров ФР.

Правомерность модели независимости концентраций носителей заряда, определяемых концентрациями КСП (химически связанным кислородом) (рт) и КСЛС (р.) и их воздействия на параметры поликристаллических ФР. 3. Разработанные методы регулирования и стабилизации концентраций рт и рь приводящие к изменениям чувствительности, удельной обнаружительной способности и постоянной времени релаксации фотопроводимости. Объекты и методы исследований. Объектами исследования являются ФР и ФЧЭ на основе тонких пленок РЬЯ, полученные физическим напылением и химическим осаждением, серийно выпускаемые в различные годы (от 1960 до 2012 гг.) в ОАО «Московский завод «Сапфир», в НИИПФ (НПО «Орион»), завода «Кварц» г.