Отзыв ведущей организации (Методы управления фотоэлектрическими параметрами фоторезисторов на основе PbS для импульсных оптикоэлектронных систем)

УТВЕРЖДАЮ Проректор ФГБОУ ВО ОТЗЫВ ведущей организации - федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Рязанский государственный радиотехнический университет» на диссертационную работу МИРОШНИКОВА Бориса Николаевича "Методы управления фотоэлектрическими параметрами фоторезисторов на основе РЬЯ для импульсных оптикоэлектронных систем", представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01,04.10 — Физика полупроводников Фоторезисторы на основе РЬЯ являются фотоприемниками инфракрасного диапазона и серийно производятся в России уже более 50 лет.

Несмотря на большой срок производства и применения, в литературе недостаточно освещены особенности физических процессов, отвечающих за фотопроводимость этих сложных поликристаллических структур. В связи с тем, что разные предприятия отрасли использовали разную технологию изготовления фоторезисторов, отсутствуют данные по корректному сравнению параметров приборов, изготовленных с применением этих технологий. Бесспорным лидером в изготовлении химически осажденных слоев РЬЯ являлся и является в настоящее время НПО «Орион» (НИИ Прикладной физики, НИИ 801). На московском заводе «Сапфир» массово изготовлялись фоторезисторы на основе как химических, так и физически осажденных слоев, обладающих меньшей чувствительностью по сравнению с химическими, но лучшими частотными свойствами, Интерес к таким фоторезнсторам в настоящее время обусловлен возможностью их технологического согласования с усилительными и мультиплексорными устройствами на основе кремния.

Недостатком структур данного типа является необходимость их высокотемпературного очувствления. Актуальность работы обусловлена дальнейшим развитием диссертантом решения рассматриваемых проблем в современных условиях, сочетанием современной аналитической аппаратуры с авторскими подходами к интерпретации экспериментального материала, что позволило провести на новом уровне исследования не только параметров, но и структуры, фазового и химического состава фоточувствительных элементов (ФЧЭ).

Структура диссертации Диссертация состоит из введения, 6 глав и 7 приложений. Введение традиционно содержит цель работы, задачи исследования, научную новизну и практическую значимость работы, положения, выносимые иа защиту, Необходимо отметить, что диссертант проводил исследования уже готовых приборов и структур, причем параметры и характеристики этих приборов отвечают требованиям технического задания на прибор. Одной из задач, решаемых в диссертационной работе, явилось совершенствование параметров и характеристик серийно выпускаемых приборов.

Первая глава — это обзор литературы. На основании проведенного автором анализа значительного объема литературных источников, установлено„ что, несмотря на большое разнообразие режимов технологических процессов, все современные ФЧЭ имеют поликристаллическую структуру. Отмечена особая роль внедрения кислорода в структуру ФЧЭ. Большое внимание уделено анализу параметров и характеристик фоторезисторов.

Вторая глава посвягцена изложению особенностей применяемых методов исследования ФЧЭ. Наряду- с известным в этой области аналитическим оборудованием для исследования электрофизических, фотоэлектрических свойств и шумовых характеристик образцов, диссертантом использованы современные электронно-ионные, растровые электронные микроскопы, проанализированы результаты исследований просвечивающим электронным микроскопом высокого разрешения, а также полученные на установке для исследования поверхности твердого тела с помощью рентгенофотоэлектронной спектроскопии и Оже-электронной спектроскопии. Достоверность полученных в работе результатов подтверждается использованием сертифицированной аппаратуры высокого качества.

Выбор диссертантом оборудования является достаточно корректным: в числе проче|о использован микроскоп Бо1иегР80-М в Рязанском государственном радиотехническом университете. В качестве недостатка следует отметить высокую входную емкость установки для исследования спектров плотности мощности шума, которая затрудняет исследования на частотах свыше 100 КГц. Если бы емкость установки была меньше, можно было бы сравнить постоянные времени с аналогичными, полученными двумя другими методами, Третья глава посвящена анализу технологических методов изготовления (химическое осаждение и физическое напыление) ФЧЭ. Представлены фотографии исследуемых образцов, особое внимание уделено размерам ФЧЭ.

В четвертой главе представлены и проанализированы результаты исследования фотоэлектрических параметров фотоприемников. Проведено сопоставление полученных результатов и технологических режимов изготовления структур. Вследствие разнообразия параметров и размеров приборов, автором введены приведенные параметры, часть которых взяты из цитируемой литературы, часть введены, по-видимому, самостоятельно на основе базовых представлений о зависимости параметров от напряжения смещения. Вероятно, избыточным было приводить сопротивление к напряжению смещения для омических контактов. Диссертантом введен параметр, имеющий размерность подвижности 1рисунок 4.15), однако за большим количеством иллюстраций (рисунки 4.12-4.14) график рисунка 4.15 потерялся, обсуждение его не проведено.

Отметим, что эта глава явно перегружена графическим материалом. Тем не менее, объем выборки и количество экспериментальньгх точек доказывают воспроизводимость результатов и достоверность сделанных выводов. Судя по данным рисунков 4.1-4.4, диссертант использовал сравнение экспериментально полученных параметров с данными, полученными после изготовления приборов. Видно, что автором проделана значительная работа по систематизации различных данных, полученных из протоколов измерений предприятий-изготовителей.

Попытка объяснения результатов исследования спектральной плотности мощности шума, представленных в настоящей главе, предпринята в дальнейшем (глава 6) с привлечением результатов изучения морфологии и химического состава ФЧС. Анализ представленных на рисунке 4.20 спектральных характеристик носит несколько поверхностный характер — можно было бы уделить внимание зависимости времени жизни носителей от механизмов поглощения, длины волны падающего излучения и т,п. Аналогичные замечания можно сделать по параграфу 4.2, посвященному изучению спектральных характеристик шума фоторезисторов.

Как уже было сказано, высокая входная емкость установки не позволила исследовать время жизни носителей на основе СПМШ. Диссертант попытался использовать эти характеристики для расчета концентрации носителей (стр. 98), но без каких-то независимых оценок этот метод нельзя считать полностью доказанным, хотя и нельзя говорить о его ошибочности. Выводы, сделанные по главе, обоснованны и содержат элементы научной новизны, часть выводов использована в заключении к диссертации. Пятая глава посвящена исследованию морфологии ФЧЭ.

Изучение и анализ морфологии поверхности образцов обосновывает основную идею диссертации возможность регулирования параметров приборов. В этой главе представлены фотографии большого числа ФЧЭ, что доказывает достоверность экспериментальных данных. Морфология поверхности вакуумных приборов ранее детально не исследовалась, а заключение о малом содержание кислорода, необходимом для компенсации примеси — факт, возможно, спорный, но безусловно интересный. К сожалению, в ряде случаев конкретное значение концентрации кислорода в диссертации не указано. Отметим, что автором проведено сопоставление результатов исследований, выполненных в НИУ "МЭИ", с данными, полученными на тех же образцах в Рязанском государственном радиотехническом университете, Курчатовском национальном исследовательском центре и в Институте нанотехнологий микроэлектроники РАН и установлено их соответствие, что также подтверждает достоверность результатов и целеустремленность диссертанта.

С кислородосодержащими прослойками (их толщиной) автор связывает темповое сопротивление ФЧЭ и низкую подвижность носителей, что не противоречит здравому смыслу, но не подтверждено экспериментально. Особенно следует отметить данные, полученные с помощью микроскопии высокого разрешения — результаты, представленные в разделе 5.3, отражают мировой уровень проведения эксперимента. Полученная автором атомарная структура ФЧЭ использована для построения физических моделей, представленных в диссертации. Данные по химическому составу ФЧС можно назвать оригинальными только по отношению к наличию углерода в пленке — аналогичные исследования состава на такой же установке 1.НЗ-10 проводились ранее в МИСиСе, В выводах в главе особое внимание уделено роли гидроокиси свинца РЬ(ОН)з, с присутствием которой диссертант связывает образование зародышей на подложке и появление большого количества КСП на границе с подложкой.

Шестая глава посвящена разработке представлений о процессах газообмена ФЧЭ- окружающая среда, основанных на сопоставлении температурных зависимостей сопротивлений (раздел 6.1.1) со спектральными характеристиками плотности мощности шума (СПМШ) и удачно были дополненных приведенными в главе 4 фотографиями морфологии ФЧЭ.

Представленные в работе модели имеют все признаки научной новизны. При обсуждении результатов автор, используя данные из литературы и результаты собственных исследований, объясняет несколько явлений: рекомбинационный уровень связывает с окислами в РЬЯ, что не является оригинальной идеей, однако большое внимание уделяется кнслородосодержащим летучим соединениям (КСЛС), которые не образуют химическую связь (удерживаются силами Ван-дер-Ваальса) и могут удаляться с поверхности ФЧЭ. С этим слабосвязанным кислородом автор связывает изменение сопротивления ФЧС (слабосвязанный кислород, так же как и химически связанный играет роль ловушек захвата для электронов, увеличивая концентрацию дырок).

По данным автора нагрев образцов, полученных химическим методом (или физическим, но имеющих ~рещины на поверхности) приводит к освобождению электронов, их рекомбинации с дырками и возрастанию сопротивления. В результате обезгаживания ФЧЭ, удаления незримых КСЛС и замены воздушной атмосферы на среду инертных газов диссертанту удалось существенно снизить постоянную времени релаксации, т.е.

улучшить частотные характеристики фотоприемников (рисунки 6.14, 6.15), что является решением одной из задач диссертационной работы. Установлено, что наличие паров воды приводит к увеличению чувствительности и не дает возможности существенно уменьшить постоянную времени релаксации, что позволило диссертанту связать КСЛС с радикалом ОХГ. Интересны данные, представленные в параграфе 6.4.3 — изменение СПМШ приборов при обезгаживании. Появление (или„точнее, проявление) полочки генерационнорскомбинационного шума представляет также научную новизну. Здесь было бы возможно провести расчет энергии локализации уровня, ответственного за процесс. Разделение концентрации носителей на две группы — связанных с кислородосодержащими химическими соединениями и не связанных химически с КСЛС достаточно логично и обоснованно, Представленные на стр. 141 рассуждения о зависимости чувствительности и концентрации носителей от технологии формирования слоя РЬВ также не противоречат базовым понятиям физики полупроводников.