Параметры фоточувствительных структур на основе наногетероструктур Ge/Si
|
Реферат 2
ВВедение 5
1. ТЕОРИЯ ФОТОПРОВОДИМОСТИ 9
2. ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ, НАНОСТРУКТУРЫ И КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ 13
2.1. 2.1. ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ 13
2.2. 2.2. НАНОСТРУКТУРЫ 14
2.3. 2.3. КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ 14
3. МЕТОДЫ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО РОСТА 18
3.1. 3.1. МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВАЯ ЭПИТАКСИЯ 18
3.2. 3.2. МЕХАНИЗМЫ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО РОСТА ТОНКИХ ПЛЕНОК 21
4. ФОТОПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА. 24
4.1. ФОТОПРИЕМНИКИ 24
4.2. ФОТОПРИЕМНИКИ НА ОСНОВЕ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК (QDIP) 26
4.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИЕМНИКОВ 29
4.3.1. Чувствительность 29
4.3.2. Мощность, эквивалентная шуму 30
4.3.3. Обнаружительная способность 30
4.3.4. Скорость отклика 31
4.3.5. Темновой ток 32
4.3.6. Другие параметры фотоприемников 32
5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОТОПРИЕМНИКОВ С ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
СТРУКТУР 35
5.1. ТЕМНОВОЙ ТОК И ОБНАРУЖИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ФОТОДЕТЕКТОРОВ В РЕЖИМЕ
ТЕПЛОВОГО ШУМА 35
5.2. ТЕМНОВОЙ ТОК И ОБНАРУЖИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ФОТОДЕТЕКТОРОВ В РЕЖИМЕ
ОГРАНИЧЕНИЯ ГЕНЕРАЦИОННО-РЕКОМБИНАЦИОННЫМИ ШУМАМИ 38
5.3. ТЕМНОВОЙ ТОК И ОБНАРУЖИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ФОТОДЕТЕКТОРОВ В РЕЗЕРВЕ
ОГРАНИЧЕНИЯ ФОНОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ: 40
5.4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
ЛИТЕРАТУРА 70
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73
ВВедение 5
1. ТЕОРИЯ ФОТОПРОВОДИМОСТИ 9
2. ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ, НАНОСТРУКТУРЫ И КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ 13
2.1. 2.1. ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ 13
2.2. 2.2. НАНОСТРУКТУРЫ 14
2.3. 2.3. КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ 14
3. МЕТОДЫ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО РОСТА 18
3.1. 3.1. МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВАЯ ЭПИТАКСИЯ 18
3.2. 3.2. МЕХАНИЗМЫ ЭПИТАКСИАЛЬНОГО РОСТА ТОНКИХ ПЛЕНОК 21
4. ФОТОПРИЕМНИКИ ИК ДИАПАЗОНА. 24
4.1. ФОТОПРИЕМНИКИ 24
4.2. ФОТОПРИЕМНИКИ НА ОСНОВЕ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК (QDIP) 26
4.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИЕМНИКОВ 29
4.3.1. Чувствительность 29
4.3.2. Мощность, эквивалентная шуму 30
4.3.3. Обнаружительная способность 30
4.3.4. Скорость отклика 31
4.3.5. Темновой ток 32
4.3.6. Другие параметры фотоприемников 32
5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ФОТОПРИЕМНИКОВ С ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
СТРУКТУР 35
5.1. ТЕМНОВОЙ ТОК И ОБНАРУЖИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ФОТОДЕТЕКТОРОВ В РЕЖИМЕ
ТЕПЛОВОГО ШУМА 35
5.2. ТЕМНОВОЙ ТОК И ОБНАРУЖИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ФОТОДЕТЕКТОРОВ В РЕЖИМЕ
ОГРАНИЧЕНИЯ ГЕНЕРАЦИОННО-РЕКОМБИНАЦИОННЫМИ ШУМАМИ 38
5.3. ТЕМНОВОЙ ТОК И ОБНАРУЖИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ФОТОДЕТЕКТОРОВ В РЕЗЕРВЕ
ОГРАНИЧЕНИЯ ФОНОВЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ: 40
5.4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
ЛИТЕРАТУРА 70
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73
Информационное общество требует инновационных устройств с новыми или значительно улучшенными характеристиками по сравнению с имеющимися в настоящее время. Есть общее мнение, что наноэлектронные устройства будут основой новых приборов, которые заменят микроэлектронные.
За последние 50 лет, полупроводники стали важнейшим материалом для изготовления электронных и оптоэлектронных приборов. Хотя первый транзистор был изготовлен из германия (Ge), сегодня один полупроводников, в частности кремний (Si), доминирует в производстве транзисторов и интегральных схем. Оба, Si и Ge, являются элементарными полупроводниками четвертой группы периодической таблицы. Однако, существует гораздо большее число полупроводников, доступных сегодня, и все больше и больше III-V и II-VI полупроводниковых соединений находят свое применение.
С момента использования молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) в 1970 году [1], интерес к полупроводниковым низкоразмерным структурам непрерывно возрастает с каждым годом, что приводит к технологическим вызовам, открытию новых физических концепций, а также перспективным приложениям.
Открытие квантового эффекта Холла в 1980 году, привело к поиску новых электронных и оптоэлектронных приборов на основе низко-размерных полупроводниковых структур, таких как двух-, одно - и даже нуль-мерных систем. В этих структурах квантово-механические эффекты становятся существенными, когда типичная длина 100 нм или менее достигнута. В настоящее время исследователи всего мира стремятся реализовать квантовые проволоки и квантовые точечные лазеры, а также приборы на основе одноэлектронного туннелирования. Будущее покажет нам, какие из этих устройств станут незаменимыми для потребительских товаров [2].
Квантовые точки проявляют уникальные свойства благодаря тому, что носители заряда (электроны или дырки) в них ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Эти уникальные свойства выявили большой потенциал квантовых точек в оптоэлектронных приложениях. Они используются для оптико-электронных устройств последнего поколения, таких как лазеры, фотоприемники, усилители и солнечные элементы [3].
Полупроводниковые гетероструктуры стали краеугольным камнем в прикладных и фундаментальных исследованиях конденсированного состояния. Прогресс в области полупроводниковых нанообъектов на самом деле являются результатом сопутствующих огромных достижений в различных областях: методов обработки, освоение новых свойств материалов, впечатляющие успехи экспериментальных установок и спектроскопических инструментов, развитие новых понятий, структур и устройств функционирования, понимание новых физических аспектов, касающихся сопряжения электронов, фотонов и фононов в низко-размерных системах [4].
В нашей работе мы обсуждаем возможность создания высокочувствительных фотоприемников на квантовых точках германия в кремнии, а также проводиться расчет предельных характеристик таких фотоприемников: расчет параметров темнового тока и обнаружительной способности в режиме теплового шума, в режиме ограничения генерационно-рекомбинационными шумами и в режиме ограничения фоновым излучением. Проводится сравнение полученных результатов с параметрами наиболее успешного ИК фотоприемника - фотодиодов на основе узкозонных полупроводников теллурида кадмия ртути (КРТ).
Объектом исследования являются фотоприёмники на основе наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками германия.
Целью нашей работы является расчет параметров фотоприемников на основе наногетерострукту Ge/Si с квантовыми точками германия.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Обзор работ по созданию наногетероструктур Ge/Si.
2. Изучение теории работы фотоприемников в видимом и ИК диапазона длин волн.
3. Обзор работ по фотоприемникам на квантовых точках.
4. Расчет параметров (обнаружительной способности, темнового тока и других параметров) для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si.
5. Сравнение результатов расчета фотоприемников на квантовых точках Ge/Si с детекторами HgCdTe.
Научные положения
1. Для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на основе материальной системы Ge/Si пороговые характеристики (темновой ток и обнаружительная способность) в режиме ограничения тепловой генерацией носителей заряда в диапазоне длин волн 4 мкм при высоких температурах больше 230 К и разбросе уровней энергии активации в наноуровне за счет флуктуаций размера квантовых точек при о = 30 мэВ превышают значения для фотоприемников HgCdTe (D* почти на два порядка превышает величину обнаружительной способности для детекторов HgCdTe: D*(Ge/Si) равна 1.0x10й cmHz1/2/W когда D*(HgCdTe) равна 5.6*109 cmHz1/2/W. Плотность темнового тока для Ge/Si равна 4.0*10-11 A/cm2 , а для HgCdTe равна 7.5*10'10 A/cm2).
2. Для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на основе материальной системы Ge/Si пороговые характеристики (темновой ток и обнаружительная способность) при учете генерационно-рекомбинационного шума позволяют получать хорошее согласование теории с экспериментами, что дает возможность определить степень разброса размеров квантовых точек и их энергетического положения при синтезе (в диапазоне длин волн 4 мкм при температуры 130 К , при о < 30 мэВ и при выборе следующих значений параметров: F0 = 4 кВ/см, а = 2 мэВ-см/кВ, р = 1000 см2/(В-с), vs = 107 см/с, m* = 0,56me, me = 9,1-10-31 кг получили E0,m =24 мэВ и E0,n=365 мэВ, а в эксперименте E0,m =24 мэВ и E0,n=360 мэВ.
3. Для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на основе материальной системы Ge/Si пороговые характеристики во всех режимах работы определяются разбросом неоднородности квантовых точек по размерам ,например, при температуре 130 К и U= 5 В, плотность темнового тока для фотоприемников на основе квантовых точек германия на кремнии при оЕ = 12 мэВ равна = 9.7*10'8 A/cm2, а при оЕ = 30 плотность темнового тока равна 3.9*10'6 A/cm2.
Достоверность научных положений основывается на выборе фундаментальных зависимостей основных параметров фотоприемников при расчетах, использованием последних литературных данных по параметрам фотоприемников в литературе и на хорошем совпадении результатов расчетов и экспериментальных данных других авторов.
Научная новизна защищаемых положений заключается в том, что все расчеты проводились с учетом кинетической модели нуклеации и роста квантовых точек Ge при их синтезе методом МЛЭ в Ge/Si для оценки влияния размеров и разброса размеров КТ.
Практическая значимость основывается на возможности использования полученных теоретических результатов при разработке технологии получения реальных образцов фотоприёмников на основе наногетероструктуры Ge/Si с квантовыми точками германия.
Магистерская диссертация состоит из 5 глав. Первая глава посвящена теории проводимости. Во второй главе рассмотрены гетероструктуры, наноструктуры и квантовые точки. В третьей главе рассмотрены методы эпитаксиального роста и технология синтеза гетероструктур методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Четвертая глава посвящена фотоприемникам ИК диапазона и их характеристикам. В последней главе приводятся результаты расчета.
Публикации
Результаты работы изложены в 3 публикациях:
1. R.M.H. Douhan, A.P. Kokhanenko, K.A. Lozovoy Parameters of photodetectors with Ge/Si quantum dots // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2018. - В печати.
2. Р.М.Х. Духан, А.П. Коханенко, К.А. Лозовой Параметры фоточувствительных структур на основе наногетероструктур Ge/Si // Материалы ХМ Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела» (17-10 апреля 2018 г). - 2018. - В печати.
3. Р.М.Х. Духан, А.П. Коханенко, К.А. Лозовой Параметры фоточувствительных структур на основе наногетероструктур Ge/Si // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2018. - В печати.
4. А.В. Войцеховский, А.П. Коханенко, К.А. Лозовой, Р.М.Х. Духан Влияние разброса наноостровков по размерам на темновой ток фотоприемников с квантовыми точками // Успехи прикладной физики. - 2018. - В печати.
За последние 50 лет, полупроводники стали важнейшим материалом для изготовления электронных и оптоэлектронных приборов. Хотя первый транзистор был изготовлен из германия (Ge), сегодня один полупроводников, в частности кремний (Si), доминирует в производстве транзисторов и интегральных схем. Оба, Si и Ge, являются элементарными полупроводниками четвертой группы периодической таблицы. Однако, существует гораздо большее число полупроводников, доступных сегодня, и все больше и больше III-V и II-VI полупроводниковых соединений находят свое применение.
С момента использования молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) в 1970 году [1], интерес к полупроводниковым низкоразмерным структурам непрерывно возрастает с каждым годом, что приводит к технологическим вызовам, открытию новых физических концепций, а также перспективным приложениям.
Открытие квантового эффекта Холла в 1980 году, привело к поиску новых электронных и оптоэлектронных приборов на основе низко-размерных полупроводниковых структур, таких как двух-, одно - и даже нуль-мерных систем. В этих структурах квантово-механические эффекты становятся существенными, когда типичная длина 100 нм или менее достигнута. В настоящее время исследователи всего мира стремятся реализовать квантовые проволоки и квантовые точечные лазеры, а также приборы на основе одноэлектронного туннелирования. Будущее покажет нам, какие из этих устройств станут незаменимыми для потребительских товаров [2].
Квантовые точки проявляют уникальные свойства благодаря тому, что носители заряда (электроны или дырки) в них ограничены в пространстве по всем трём измерениям. Эти уникальные свойства выявили большой потенциал квантовых точек в оптоэлектронных приложениях. Они используются для оптико-электронных устройств последнего поколения, таких как лазеры, фотоприемники, усилители и солнечные элементы [3].
Полупроводниковые гетероструктуры стали краеугольным камнем в прикладных и фундаментальных исследованиях конденсированного состояния. Прогресс в области полупроводниковых нанообъектов на самом деле являются результатом сопутствующих огромных достижений в различных областях: методов обработки, освоение новых свойств материалов, впечатляющие успехи экспериментальных установок и спектроскопических инструментов, развитие новых понятий, структур и устройств функционирования, понимание новых физических аспектов, касающихся сопряжения электронов, фотонов и фононов в низко-размерных системах [4].
В нашей работе мы обсуждаем возможность создания высокочувствительных фотоприемников на квантовых точках германия в кремнии, а также проводиться расчет предельных характеристик таких фотоприемников: расчет параметров темнового тока и обнаружительной способности в режиме теплового шума, в режиме ограничения генерационно-рекомбинационными шумами и в режиме ограничения фоновым излучением. Проводится сравнение полученных результатов с параметрами наиболее успешного ИК фотоприемника - фотодиодов на основе узкозонных полупроводников теллурида кадмия ртути (КРТ).
Объектом исследования являются фотоприёмники на основе наногетероструктур Ge/Si с квантовыми точками германия.
Целью нашей работы является расчет параметров фотоприемников на основе наногетерострукту Ge/Si с квантовыми точками германия.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Обзор работ по созданию наногетероструктур Ge/Si.
2. Изучение теории работы фотоприемников в видимом и ИК диапазона длин волн.
3. Обзор работ по фотоприемникам на квантовых точках.
4. Расчет параметров (обнаружительной способности, темнового тока и других параметров) для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si.
5. Сравнение результатов расчета фотоприемников на квантовых точках Ge/Si с детекторами HgCdTe.
Научные положения
1. Для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на основе материальной системы Ge/Si пороговые характеристики (темновой ток и обнаружительная способность) в режиме ограничения тепловой генерацией носителей заряда в диапазоне длин волн 4 мкм при высоких температурах больше 230 К и разбросе уровней энергии активации в наноуровне за счет флуктуаций размера квантовых точек при о = 30 мэВ превышают значения для фотоприемников HgCdTe (D* почти на два порядка превышает величину обнаружительной способности для детекторов HgCdTe: D*(Ge/Si) равна 1.0x10й cmHz1/2/W когда D*(HgCdTe) равна 5.6*109 cmHz1/2/W. Плотность темнового тока для Ge/Si равна 4.0*10-11 A/cm2 , а для HgCdTe равна 7.5*10'10 A/cm2).
2. Для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на основе материальной системы Ge/Si пороговые характеристики (темновой ток и обнаружительная способность) при учете генерационно-рекомбинационного шума позволяют получать хорошее согласование теории с экспериментами, что дает возможность определить степень разброса размеров квантовых точек и их энергетического положения при синтезе (в диапазоне длин волн 4 мкм при температуры 130 К , при о < 30 мэВ и при выборе следующих значений параметров: F0 = 4 кВ/см, а = 2 мэВ-см/кВ, р = 1000 см2/(В-с), vs = 107 см/с, m* = 0,56me, me = 9,1-10-31 кг получили E0,m =24 мэВ и E0,n=365 мэВ, а в эксперименте E0,m =24 мэВ и E0,n=360 мэВ.
3. Для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на основе материальной системы Ge/Si пороговые характеристики во всех режимах работы определяются разбросом неоднородности квантовых точек по размерам ,например, при температуре 130 К и U= 5 В, плотность темнового тока для фотоприемников на основе квантовых точек германия на кремнии при оЕ = 12 мэВ равна = 9.7*10'8 A/cm2, а при оЕ = 30 плотность темнового тока равна 3.9*10'6 A/cm2.
Достоверность научных положений основывается на выборе фундаментальных зависимостей основных параметров фотоприемников при расчетах, использованием последних литературных данных по параметрам фотоприемников в литературе и на хорошем совпадении результатов расчетов и экспериментальных данных других авторов.
Научная новизна защищаемых положений заключается в том, что все расчеты проводились с учетом кинетической модели нуклеации и роста квантовых точек Ge при их синтезе методом МЛЭ в Ge/Si для оценки влияния размеров и разброса размеров КТ.
Практическая значимость основывается на возможности использования полученных теоретических результатов при разработке технологии получения реальных образцов фотоприёмников на основе наногетероструктуры Ge/Si с квантовыми точками германия.
Магистерская диссертация состоит из 5 глав. Первая глава посвящена теории проводимости. Во второй главе рассмотрены гетероструктуры, наноструктуры и квантовые точки. В третьей главе рассмотрены методы эпитаксиального роста и технология синтеза гетероструктур методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Четвертая глава посвящена фотоприемникам ИК диапазона и их характеристикам. В последней главе приводятся результаты расчета.
Публикации
Результаты работы изложены в 3 публикациях:
1. R.M.H. Douhan, A.P. Kokhanenko, K.A. Lozovoy Parameters of photodetectors with Ge/Si quantum dots // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2018. - В печати.
2. Р.М.Х. Духан, А.П. Коханенко, К.А. Лозовой Параметры фоточувствительных структур на основе наногетероструктур Ge/Si // Материалы ХМ Российской научной студенческой конференции «Физика твердого тела» (17-10 апреля 2018 г). - 2018. - В печати.
3. Р.М.Х. Духан, А.П. Коханенко, К.А. Лозовой Параметры фоточувствительных структур на основе наногетероструктур Ge/Si // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2018. - В печати.
4. А.В. Войцеховский, А.П. Коханенко, К.А. Лозовой, Р.М.Х. Духан Влияние разброса наноостровков по размерам на темновой ток фотоприемников с квантовыми точками // Успехи прикладной физики. - 2018. - В печати.
• Результаты обзора показывают актуальность МЛЭ для создания приборов оптоэлектроники. МЛЭ дает нам возможность получать квантовые точки.
• фотоприемники инфракрасного диапазона являются одним из перспективных направлений на сегодняшний день.
• На данный момент самым перспективным материалом для изготовления фоточувствительных структур для ИК диапазона является нано-гетероструктуры с квантовыми точками.
• Проведен обзор современных конструкций фотоприемников на квантовых точки Ge/Si, показано, что они характеризуются более высокими рабочими температурами, малыми темновыми токами и низкой стоимостью материалов из которых делают эти детекторы.
• Проведенный анализ литературы показывает, что особый интерес вызывают фоточувствительные элементы ИК диапозона на основе наногетероструктур кремния с квантовыми точками германия.
• Приведены расчеты для фотоприемников на основе наногетероструктур Ge/Si c квантовыми точками германия:
• В режиме ограничения тепловой генерацией носителей:
• Темновой ток при низких температурах выше, а при высоких температурах темновой ток меньше, чем в детекторах HgCdTe.
• При высоких температурах (260-300 К) величина обнаружительной способности для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на два порядка превышает величину обнаружительной способности для детекторов HgCdTe.
• В режиме генерационно-рекомбинационных шумов:
• Tемновой ток фотодетектора очень сильно зависит от рабочей температуры.
• Плотность темнового тока в области малых напряжений смещения резко возрастает с ростом приложенного электрического поля, но в области больших напряжений смещения темновой ток растет более плавно.
• Увеличение неоднородности квантовых точек по размерам значительно ухудшает рабочие характеристики фотодетектора на квантовых точках.
• Темновой ток фотоприемника сильно зависит от длины волны и энергии активации E0,n.
• При росте температуры величина обнаружительной способности для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на несколько порядков уменьшается.
• В режиме ограничения фоновым излучением, при низких температурах реализуется режим ограничения фоновым шумом.
• Сравнение с экспериментом позволят сделать выводы:
• Подбирая значения энергий активации E0,m и E0,n можно получить хорошее согласие теории и результатов экспериментальных измерений.
• С ростом температуры параметр E0m, характеризующий тепловую эмиссию носителей заряда, увеличивается незначительно, и это увеличение вызвано, вероятно, изменением положения уровня Ферми с температурой, определяемое изменением степени заполнения энергетических уровней в системе.
• Увеличение степени легирования приводит к росту темнового тока. Такое поведение кривых объясняется изменением заселенностей энергетических уровней и сдвигом уровня Ферми при повышении концентрации легирующей примеси.
• Сравнение с экспериментом позволяет выбрать реальные параметры теоретической модели, которые подтверждаются независимыми литературными данными.
• Результаты расчетов показали, что фотоприемники на основе наногетероструктур с квантовыми точками Ge/Si обладают высокой обнаружительной способности и малым шумовой тока, что позволило рекомендовать их к работе в условиях высокой температуры.
• фотоприемники инфракрасного диапазона являются одним из перспективных направлений на сегодняшний день.
• На данный момент самым перспективным материалом для изготовления фоточувствительных структур для ИК диапазона является нано-гетероструктуры с квантовыми точками.
• Проведен обзор современных конструкций фотоприемников на квантовых точки Ge/Si, показано, что они характеризуются более высокими рабочими температурами, малыми темновыми токами и низкой стоимостью материалов из которых делают эти детекторы.
• Проведенный анализ литературы показывает, что особый интерес вызывают фоточувствительные элементы ИК диапозона на основе наногетероструктур кремния с квантовыми точками германия.
• Приведены расчеты для фотоприемников на основе наногетероструктур Ge/Si c квантовыми точками германия:
• В режиме ограничения тепловой генерацией носителей:
• Темновой ток при низких температурах выше, а при высоких температурах темновой ток меньше, чем в детекторах HgCdTe.
• При высоких температурах (260-300 К) величина обнаружительной способности для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на два порядка превышает величину обнаружительной способности для детекторов HgCdTe.
• В режиме генерационно-рекомбинационных шумов:
• Tемновой ток фотодетектора очень сильно зависит от рабочей температуры.
• Плотность темнового тока в области малых напряжений смещения резко возрастает с ростом приложенного электрического поля, но в области больших напряжений смещения темновой ток растет более плавно.
• Увеличение неоднородности квантовых точек по размерам значительно ухудшает рабочие характеристики фотодетектора на квантовых точках.
• Темновой ток фотоприемника сильно зависит от длины волны и энергии активации E0,n.
• При росте температуры величина обнаружительной способности для фотоприемников на квантовых точках Ge/Si на несколько порядков уменьшается.
• В режиме ограничения фоновым излучением, при низких температурах реализуется режим ограничения фоновым шумом.
• Сравнение с экспериментом позволят сделать выводы:
• Подбирая значения энергий активации E0,m и E0,n можно получить хорошее согласие теории и результатов экспериментальных измерений.
• С ростом температуры параметр E0m, характеризующий тепловую эмиссию носителей заряда, увеличивается незначительно, и это увеличение вызвано, вероятно, изменением положения уровня Ферми с температурой, определяемое изменением степени заполнения энергетических уровней в системе.
• Увеличение степени легирования приводит к росту темнового тока. Такое поведение кривых объясняется изменением заселенностей энергетических уровней и сдвигом уровня Ферми при повышении концентрации легирующей примеси.
• Сравнение с экспериментом позволяет выбрать реальные параметры теоретической модели, которые подтверждаются независимыми литературными данными.
• Результаты расчетов показали, что фотоприемники на основе наногетероструктур с квантовыми точками Ge/Si обладают высокой обнаружительной способности и малым шумовой тока, что позволило рекомендовать их к работе в условиях высокой температуры.
Подобные работы
- РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ НАНОГЕТЕРОСТРУКТУР SI-GE
Дипломные работы, ВКР, физика. Язык работы: Русский. Цена: 4650 р. Год сдачи: 2016 - МЕТОД ДИФРАКЦИИ БЫСТРЫХ ЭЛЕКТРОНОВ ПРИ СИНТЕЗЕ НАНОГЕТЕРОСТРУКТУР GeSi НА Si(100) И Si(lll) ПРИ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ
Бакалаврская работа, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 4255 р. Год сдачи: 2021