Автореферат (1090209), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Так,внедрены в производство в ООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест» и серийно выпускаются одноэлементные алмазные детекторы ФРАО-1 (ТУ 4437 - 002 - 11651143 - 2005) и ФДАО-1(ТУ 4437 - 001 - 11651143 - 2005), которые используются для изготовления фотоприёмных приборов нового поколения.В частности, на основе датчика ФДАО-1 на ЗАО «Концерн «МОЙДОДЫР» была разработана система автоматического оперативного контроля качества воды, которая устанавливается на блочно-модульные установки по очистке сточных вод от нефтепродуктов.В АО «Конструкторское бюро приборостроения им. Академика А.Г. Шипунова» Фотоприёмного устройство УФ диапазона спектра на основе ФДАО-1 использовалось врамках НИР «ЗРПК – СМ» для обнаружения трассеров ракет.Одноэлементный прибор ФПЯ-1 (прототип ФДАО-1) был установлен на технологический наноспутник ТНС-0 №1 производства ФГУП «РНИИ КП», где успешно проработалв качестве датчика солнечной ориентации в условиях реального космического полёта.Разработанные конструктивные и физико-технологические основы производства алмазных многоэлементных детекторов матричного и линейного типа позволяют серийноизготовлять эти детекторы и приборы на их основе.Так, многоэлементная матрица УФ ФП (ИЛУЮ.203319.007ТУ) серийно выпускаетсяООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест» и вошла в перечень электронной компонентной базыразрешённой для применения при разработке, модернизации, производстве и эксплуатации вооружения, военной и специальной техники (ЭКБ 08 - 2015).Полученные в работе экспериментальные данные по фотоэлектрическим характеристикам алмазных одноэлементных и многоэлементных фотоприёмников позволит широко внедрять их в таких актуальных областях науки, техники и технологии, как детектирование УФ излучения с целью обнаружения источников утечки электроэнергии, очаговвозгорания, пусков боевых ракет и выстрелов из стволовой артиллерии.
Большой интереспредставляет дозиметрия УФ излучения в медицине, в промышленных озонаторах икосмических аппаратах.Защищаемые положения:71. Алмазные полупроводники, легированные бором имеют спектр поглощения согласованный с окнами прозрачности атмосферы, в частности пик 2,44 мкм приходится наокно прозрачности 2 - 2,5мкм, а пики 3,57 и 4,07 на окно прозрачности 3,5 - 4,2 мкм, имогут применяться для разработки гиперспектральных фоточувствительных устройствчувствительных как в УФ области спектра, так и в среднем ИК.2. Технология производства кремниевых интегральных схем, после доработки её сучётом наличия индивидуальных номеров для каждой алмазной пластины и их различных габаритов, а также введением некоторых изменений учитывающих природу алмаза(твёрдость, отсутствие нелетучего окисла, графитизацию) позволяет изготовлять элементы алмазной электроники.3.
С повышением напряжения смещения форма спектра фоточувствительности алмазного фотодиода меняется, причём у относительно «чистых» алмазов (концентрацияазота < 1018) растёт фоточувствительность в области длин волн короче 210 нм, а у более«грязных» (концентрация азота ~ 1019) начинает расти фоточувствительность в районе240-280 нм, обусловленная примесными центрами (B1 и B2), что делает невозможнымсоздать датчик с диапазоном чувствительности от180 до 280 нм, путём легирования егоазотом или подбора алмазной пластины по этому критерию.4. Возможность управления формой спектра фоточувствительности алмазного фотодетектора позволяет конструировать спектральные приборы, которые за счёт измененияаппаратной функции своей оптической системы могут распознавать состав многокомпонентных смесей, используя одиночный детектор.5.
Для создания многоэлементных алмазных приёмников наиболее подходит «сэндвичевая» структура. Это когда детектирование УФ-излучения происходит в алмазныхфотоприемниках, а обработка электрического сигнала (накопление, опрос) - в кремниевом кристалле. Электрическое соединение кристаллов осуществляется с помощью индиевых столбов, которые специально выращиваются на каждом (либо одном) кристалле.6. Изготовленные в процессе работы одноэлементные и многоэлементные алмазныефотоприёмники и результаты их исследования позволяют создавать информационноизмерительные приборы УФ диапазона спектра нового поколения.Апробация работы: Основные положения и результаты диссертационной работыдокладывались на следующих конференциях и семинарах: XIX Международная научнотехническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва,2006, 2014), Mezinarodni vedecko-prakticka conference «Aktualni vymozenosti vedy» (Praha,2011), The 21th annual International Conference on Advanced Laser Technologies ALT'13(Budva, Montenegro, 2013), Российской конференции по актуальным проблемам полупроводниковой фотоэлектроники «Фотоника» (г.
Новосибирск, 2015г.), 3rd InternationalSchool and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures «SaintPetersburg OPEN 2016» (г. Санкт-Петербург, 2016г.), научных семинарах ФизическогоИнститута им. П.Н. Лебедева РАН, Иркутского, Новосибирского, Кишиневского, Одесского и Приднестровского университетов, Института Лазерной физики СО РАН и др.Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 30 публикациях (изних 20 в ведущих рецензируемых научных журналах, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени докторанаук и патентах).Личный вклад автора. Решение всех задач, сформулированных в диссертации, получено автором лично, либо при его определяющем участии.
Постановка задач и разработ-8ка экспериментальных методик выполнены совместно с соавторами опубликованных работ. Экспериментальные результаты, их получение и обработка произведены совместно ссоавторами, а их анализ и интерпретация проведены автором лично. Принадлежностьуказанных научных результатов лично соискателю признана всеми соавторами и научным консультантом.БлагодарностиАвтор выражает свою благодарность профессору Митягину Александру Юрьевичу забольшую помощь в подготовке диссертации и осмыслении её результатов, профессоруТришенкову Михаилу Алексеевичу за помощь в изначальной постановке задач и разработке концепции их решения, профессору Концевому Юлию Абрамовичу за всемернуюподдержку и помощь в работе.Содержание диссертации1 СВОЙСТВА АЛМАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ ВЛИЯЮЩИЕ НА ПАРАМЕТРЫ ФОТОДЕТЕКТОРОВВ первой главе рассматриваются основные свойства алмазных материалов, влияющие нафизические характеристики и конструктивные особенностиприборов на их основе.
Приводятся данные по физическойклассификации алмазов. Рассматривается зонная структура полупроводникового алмаза (рис.1.1) и связанные с ней особенности электропроводности и фотопроводимости алмазных материалов. Из-за сложной структуры запрещённой зонывозникают различные эффекты, влияющие на работу фоточувствительных приборов. Рассмотрим некоторые из них.Рис.
1.1 Структура заНа рис. 1.2 представлена зависимость кратности фотоответа прещенной зоны алмаза(IФ/Iтем) от длины волны УФ излучения. Из рис. 1.2 видно, чтоIIa типа.при дополнительной засветке лампой накаливания, фототокзначительно вырос. Причём, если у пластины562/1 (содержание азота 9,021018 см-3), почтив два раза вырос фототок в пике фоточувствительности и намного меньше в примесной зоне (240 нм – 290 нм), то у пластины470/1(содержание азота 3,611019 см-3) фототокв пике фоточувствительности вырос всего натреть, зато в примесной области в два с половиной раза. Столь разное поведение спектровфоточувствительности «чистого» и «грязноРис. 1.2 Зависимость кратностиго» алмаза объясняется разным механизмомфотоответа алмазных структур: 1 – пла- усиления фототока в пике фоточувствительстина 562/1; 2 – пластина 562/1 с подности и примесной области спектра, а такжесветкой лампой накаливания; 3 – пларазной структурой примесных уровней в застина 470/1; 4 – пластина 470/1 с подпрещенной зоне.светкой лампой накаливания.Усиление фотопроводимости в пике чувствительности алмаза происходит, вероятно, из-за того, что носители заряда, которые генерируются УФ излучением в валентную зону или зону проводимости, затем частично захватываются примесными уровнями в запрещенной зоне.
При освещении лампой накаливания часть из них переходит обратно в зону проводимости или валентную зону, соз-9давая дополнительный примесной фототок. Так как спектр излучения лампы очень широкий то и уровни, с которых возможен переход в зону проводимости или валентную зону будет достаточно много. В примесной области спектра (240 нм – 290 нм) механизмгенерации фототока иной.
Здесь УФ излучение забрасывает носители заряда на уровень взапрещенной зоне, а излучение лампы накаливания перебрасывает эти носители дальшев зону проводимости или валентную зону. В связи с этим становится ясны различия вспектрах фотопроводимости алмаза IIа типа и алмаза «переходного» типа. На основаниивышеизложенного исследования, следует вывод, что хоть алмаз и является «солнечнослепым» полупроводниковым материалом, но его абсолютная чувствительность всё жезависит от фоновой засветки, что нужно учитывать в некоторых применениях, напримерв метрологии УФ излучения.Рассмотрим спектр поглощения легированногобором алмаза с точки зрения применения его вмногоспектральных приборах наблюдения (рис.1.3). В спектре поглощения выделяются следующие особенности.
Наблюдается характерный набор пиков поглощения с максимумами 7,75, 4,07,3,57, 3,41, 2,68, 2,44 мкм. Пик 3,41 мкм (0,36 эВ)соответствует ионизации акцепторной примесибора. За ней в сторону увеличения энергии квантапростирается поглощение, связанное с переходомдырок на разные уровни в валентной зоне и по- Рис. 1.3 Спектр поглощения легированного бором алмаза (вычтенглощением на свободных дырках. Пики 7,75, 4,07,3,57 мкм соответствуют переходам на возбужден- спектр пропускания чистого образцатипа IIa), на который наложенные уровни акцептора.
Важно подчеркнуть, что запоглощение, представленное на рис. 1.3 ответст- спектр пропускания атмосферы, окна прозрачности выделены белымвенен только одиночный, замещающий, нескомцветом.пенсированный, неионизированный бор, то естьнейтральный акцепторный бор.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
