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

ОТЗЫВофициального оппонента Дирочки Александра Ивановичао диссертации Мирошникова Бориса Николаевича«Методы управления фотоэлектрическими параметрамифоторезисторов на основе PbS для импульсных оптикоэлектронныхсистем», представленную на соискание ученой степеникандидата технических наук по специальности01.04.10 – Физика полупроводниковФоторезисторы на основе сульфида свинца являются пожалуй самымимассовыми фотоприемниками инфракрасного диапазона оптического спектраизлучения. Они широко используются как в военной технике так и в различныхотрасляхпромышленности,исследованиях,пожарнойохранеит.д.Фоточувствительный элемент их, как правило, поликристаллический.

Существуютразличные методы получения фоточувствительных элементов из сульфидасвинца, наиболее распространённые – «физический» и «химический».Метод, именуемый в данной работе «химическим», был разработан вГосударственном оптическом институте и развит в НИИ 801 (НИИ ПФ, НПО«Орион»). Применялась также и «физическая» технология, развиваемая, в томчисле, и на Московском заводе «Сапфир», но особое значение имела именнохимическая технология, как имеющая несколько лучшую чувствительность.В 1970-1980 гг.

новые идеи по физике фотоэлектрических процессов вхалькогенидах свинца внесли В.В. Осипов и Л.Н. Неустроев. В основе их теориилежатпредставленияотом,чтополикристаллическиефоторезисторыпредставляю собой двухфазную систему: низкоомные кристаллиты п-типапроводимости окружены инверсионными прослойками р-типа, насыщеннымикислородом, с большой концентрацией акцепторных состояний (эти прослойки вданной работе и в некоторых статьях именуются кислородосодержащимипрослойками – КСП). Таким образом, образуется серия п-р-п-р-п-переходов сприповерхностнымипотенциальнымибарьерами,которыеиопределяюттемновое сопротивление фоторезисторов. При облучении генерируемые вобъеме кристаллитов электроны и дырки разделяются приповерхностнымибарьерами, в результате чего резко увеличивается их время жизни и,следовательно, фоточувствительность.

Это некий аналог сверхрешётки.Судя по литературному обзору, большинство работ по данной тематикедиссертанту известно.1Существуют и до сих пор обсуждаются другие модели механизмов.Например, сенсибилизации различными примесями (например, кислородом),которые захватывают электроны, при этом вероятность последующего захватадырки резко уменьшается, что приводит к увеличению времени жизни дырок ивозрастанию фоточувствительности.С появлением нового перспективного для фотоэлектроники материала –твердого раствора теллурида кадмия-ртути, интерес к фоторезисторам на основеPbSуменьшился,амногиевопросы,связанныесмеханизмамиэлектропроводности и фотопоглощения поликристаллических пленок осталисьнеизученными.Поликристаллические пленки PbS, полученные физическими методами,лучше технологически согласуются с усилительными и мультиплексорнымиустройствами на основе кремния.

Недостатком структур данного типа являетсянеобходимость их высокотемпературного очувствления.Таким образом, поиск компромиссного варианта является перспективным, аработа автора является актуальной.Важно отметить, что приборы данного класса имеют большой срок хранения,и,забегаявперед,предложенныйдиссертантомметодповышениячувствительности и улучшения характеристик уже изготовленных фоторезисторовимеет практическую ценность.Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения, 7 приложений исодержит 239 ссылок цитируемой литературы.Первый раздел традиционно содержит обзор литературы. Особое вниманиеуделено параметрам фоторезисторов, их взаимосвязи и связи с временемрелаксации.

Проведен обзор технологии изготовления и, в частности, введения вструктуру кислорода. Проанализированы пожалуй все источники, находящиеся воткрытойпечати,поэтомуобзороказалсявеликоватдлядиссертации.Отмечается, что в открытых источниках сравнение параметров и характеристикприборов, полученных по различным технологиям, не проводилось.Второйразделфоторезисторовипосвященприменяемымфоточувствительныхметодамэлементов.Кромеисследованияоборудования,традиционно применяемого в отрасли для исследования фотоприемников(К54.410, ИФР-3), в работе представлены результаты исследования, полученные с2помощью нестандартного и самого современного оборудования (зондовыхнанолабораторий ИНТЕГРА Прима и Solver PRO-M производства компании NT –MDT, растрового электронно-ионного микроскопа Helios NanoLab 600 с системойэнергетическогодисперсионногорентгеновскогомикроанализа,растровогоэлектронного микроскопа VEGA II SBU фирмы Tescan и просвечивающегоэлектронного микроскопа Tecnai G2 20 TWIN и S/TEM Titan 80-300, установкирентгенофотоэлектронной и Оже-спектроскопии LHS-10).Применениеэтогооборудования,намойвзгляд,явноповысиладостоверность проведенных исследований.Третийразделпосвященанализутехнологийизготовленияфоточувствительных элементов и, в частности, очувствления, применяемыхразличными предприятиями отрасли.

Проанализированы физические моделифоточувствительных элементов (ФЧЭ). В тексте работы слабо отражено участиедиссертанта в изготовлении образцов, поэтому интересно было бы услышать отнего об источниках информации и глубине погружения в технологию ихизготовления.В четвертом разделе представлены и проанализированы результатыизмерения фотоэлектрических параметров фоторезисторов (ФР).

Достаточноудачно введение приведенных параметров, рассчитанных на единицу напряженияпитания ( U ФР ), при низкой частоте модуляции излучения и единичным линейнымразмерам ФЧЭ (см2). Это позволило сопоставить полученные результаты приразных технологиях изготовления ФЧЭ.Особое внимание автор уделил влиянию времени жизни носителей заряда(оцененноеповременирелаксациифотопроводимости)наосновныехарактеристики ФР: чувствительность и удельную обнаружительную способность.Автор исследовал (а частично воспользовался данными предприятийизготовителей, например, для оценки изменения параметров приборов во времяхранения,рисунки4.1-4.4) параметрыихарактеристикибольшогочислафоторезисторов.Интересен фактический материал по изменению чувствительности сувеличением времени жизни носителей заряда.

Хотелось бы, чтобы на защитедиссертант остановился бы на этом вопросе более подробно.3Втожевремя,частьматериала,посвященнаяспектральнымхарактеристикам (типичным для этих приборов) и, в особенности, спектрамплотности мощности шума (СПМШ), мне встречалась в диссертации А.Л.Комиссарова в 2011 г., правда, статьи этих двух авторов были совместными иупомянуты в работе диссертанта. Если СПМШ в диссертации А.Л. Комиссароваявлялись основным элементом, то в работе Б.Н. Мирошникова они имеют явновторостепенное значение, а удаление их из текста диссертации существенноуменьшило бы ее объем. Пожалуй единственное, на что претендует здесьдиссертант – это попытка связать СПМШ и концентрацию носителей (стр. 98)В пятом разделе представлены результаты исследования морфологии ихимического состава ФЧЭ. Сравнивая эту работу и диссертацию Комиссарова,следует отметить большой прогресс как в технике измерения, так и в степениосмысленияполученныхрезультатов.Какужеупоминалось,моделифоторезисторов базировались на чередовании низкоомных кристаллитов п-типапроводимости и инверсионными прослойками р-типа.

На рисунках 5.21 и 5.22хорошо видны зерна структуры и диэлектрические прослойки (названные в работекислородосодержащимипримесями-КСП),носамирезультатыинтерпретируются с точки зрения содержания кислорода (что относится ко второйприведенной выше модели).Надо отметить, что диссертант обратил внимание не на химически связанныйкислород, содержащийся в КСП, а на физически адсорбированный, чтосогласуется с зависимостями сопротивления от температуры, приведенными в 6разделе.Шестой раздел самый важный, но и самый сложный для изложения в работе.Обилие методов исследования, цифр и таблиц затрудняет создание целостнойкартины.Влияниенагреваивлажностинапараметрыприборовизвестныразработчикам, но следует отметить аккуратность и, я бы сказал дотошность,автора в проведении исследования, обработки статистического материала.Важно отметить зависимости, представленные на рисунках 6.14 и 6.15.

Вопервых, именно так и следовало представлять материал, а многочисленныетаблицы относить в приложения, во вторых, увеличение чувствительности приодновременном уменьшении времени жизни – факт несколько неожиданный.Хотелось бы услышать подробное объяснение этого явления автором.4Рисунок 6.16 конечно, интересен, но здесь многое связано с аппроксимациейсредней линии, представленной ранее на рисунке 4.19. Теория «волшебнойточки» вблизи 50 мкс, которая совпала с точкой перехода от возрастаниячувствительности к насыщению несколько натянута, но желание диссертанта както обобщить экспериментальные результаты можно только приветствовать.Выделение гидроокиси свинца - Pb(OH)2 как основы центров кристаллизации иисточникакислородосодержащихлетучихсоединений(КСЛС),введенныхавтором, нельзя считать в полной мере доказанной.

В НИИПФ в свое времяпроводилась работа по предварительному созданию центров кристаллизациипутем нанесения на подложку мономолекулярных пленок тугоплавких металлов,введения подслоя из PbSO4 и т.п.Если диссертант продолжит исследования в данном направлении и получитновый дополнительный материал, то может претендовать на нечто большее, чемкандидатская диссертация.Влияние дополнительной диэлектрической пленки на поверхности ФЧЭразработчикам также известно. но в данном случае стоит отметить, что этотматериал в диссертации логически оправдан и достаточно удачно завершаетработу,В заключении представлены выводы по работе.Научнуюновизнупредлагаемойработыможносформулироватьследующим образом:1.Предложена модель, позволяющая связать приведенные параметрыФЧЭ с концентрацией носителей заряда.2.Предложена модель, определяющая влияние кислородосодержащихлетучих соединений (КСЛС) на концентрацию носителей заряда.3.Предложена модель КСЛС, связанная с химической реакциейразложения гидроокиси свинца PbOH2 и оксида свинца в присутствии паровводы в качестве источника КСЛС – радикала OH  при повышенных до 140 оСтемпературах.4.Предложена модель трех областей взаимосвязи чувствительности и32времени жизни носителей: SU 0 ~ с  при τ до 10 мкс; SU 0 ~ с  при τ до 50÷70мкс; при τ более 250 мкс значения чувствительности не зависят от времени жизниносителей.5Практическая ценность работы:Показано, что для компенсации примесей кристаллитов достаточно1.менее 5% кислорода.Определены2.технологическиепутирегулированияконцентрациисвободных носителей заряда путем создания акцепторных уровней как за счетсоздания химических соединений на границе и внутри кристаллитов (с энергиейактивации 0,23 эВ от Ес), так и уровней прилипания (с энергией активации0,12÷0,15 эВ от Ес).3.