Введение 6
Глава 1. Обзор литературы 7
1.1 Детекторы на основе объемных структур Si и Ge 7
1.1.1 Технология производства 8
1.1.2 Принцип работы 9
1.1.3 Характеристики примесных фоторезисторов 11
1.1.4 Матричные фотодетекторы 13
1.2 Детекторы на основе квантовых ям и сверхрешеток 14
1.2.1 Распределение электронов по состояниям в структуре с квантовой ямой15
1.2.2 Классификация сверхрешеток и структур с множественными квантовыми
ямами 18
1.2.3 Технология производства 21
1.2.4 Принцип работы фотодетекторов на основе материала с квантовыми
ямами 22
1.2.5 Фотодетекторы на HEM-транзисторах 23
1.2.6 Матричные фотодетекторы 23
1.3 Молекулярно-лучевая эпитаксия 25
1.3.1 Устройство камеры роста 26
1.3.2 Модели роста эпитаксиальных пленок 28
1.4 Рентгеноструктурный анализ 28
1.4.1 Принципиальная схема измерения 29
1.4.2 Теория рассеяния рентгеновских лучей 30
1.4.3 Влияния тонкого единичного слоя на кривые качания 31
1.4.4 Влияния сверхрешеток на кривые качания 32
1.4.5 Моделирование кривых качания 32
Глава 2. Результаты эксперимента 35
2.1 Методика снятия кривых качания на дифрактометре 36
2.2 Моделирование кривых качания 37
2.3 Анализ результатов 40
Заключение 45
Список использованной литературы: 46
Полупроводниковые материалы, такие как GaAs, CdHgTe и т.д. традиционно используются в оптоэлектронике для создания фотопоглощающих устройств. Приборные структуры на основе твердых растворов GeSiSn благодаря эффектам квантования позволяют снять ограничения на оптические переходы, ранее запрещенные из-за нарушения правил отбора в объемных материалах, позволяют расширить область применения традиционных кремниевых технологий. Включение Sn в состав германия приводит к изменению зонной диаграммы материала. Германий имеет непрямозонную энергетическую диаграмму, олово приводит к ее выпрямлению. Добавление кремния в состав делает возможной интеграцию устройств с существующей кремниевой технологией сверхбольших интегральных схем (СБИС).
Применение структуры на основе твердых растворов GeSiSn со сверхрешетками позволяет создавать фотоприёмники с рабочим диапазоном, лежащим в ближнем, среднем и дальнем инфракрасном диапазонах (ИК). Достоинствами использования данных структур являются и то, что приборы имеют высокие рабочие температуры в сравнении, например, с фотоприемниками на основе CdHgTe.
Помимо реализации в виде фотодетекторов [1], полупроводниковые твердые растворы GeSiSn находят свое применение в качестве полевых транзисторов [2], для создания резонаторов [3], а также лазеров с оптической накачкой.
Целью работы являлось исследование структуры материалов, используемых для создания детекторов ИК-излучения основанных на полупроводниковых сверхрешетках и структурах с квантовыми ямами. В процессе работы были освоены методы измерения и анализа тонких пленок и эпитаксиальных структур, содержащих сверхрешетки с помощью высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии. Были исследованы структура и морфология поверхности полупроводниковых материалов содержащих сверхрешетки SiGeSn. На основе полученных данных можно сделать следующие выводы:
1. Структура и состав рабочих слоев исследуемых материалов хорошо согласуется с технологически заданными параметрами. Малое отличие параметров решетки подложки и рабочих слоев от табличных значение и малая полуширина максимумов дифракционных пиков свидетельствуют о высоком структурном совершенстве.
2. Исследования морфологии поверхности показали, что величина шероховатости
при области сканирования 10х10 мкм2 для всех структур лежит в интервале от 0,15 до 0,5 нм. Однако морфология поверхности зависит от состава слоев SiGeSn. Наибольшее изменение морфологии поверхности наблюдается для образца 4 с наибольшей концентрацией Sn (20 ат.%). Для образца наблюдалось формирование островков с диаметром основания порядка 100 нм и высотой менее 1 нм. Для остальных образцов наблюдалось формирование волнообразного рельефа.
3. Исследования распределения поверхностного потенциала изучаемых структур показали наличие локальных неоднородностей (диаметром менее 2 мкм) с уменьшением поверхностного потенциала на величину порядка 0,01 эВ. Для образца 4 наблюдались области более сильного (до 0,02 эВ) изменения поверхностного потенциала. Так как данные локальные области изменения поверхностного потенциала не связаны с неоднородностями рельефа поверхности, то можно предположить, что данные изменения обусловлены свойствами сверхрешетки.
4. Исследования зависимости фототока от длины волны падающего излучения показали, что исследуемые структуры могут быть использованы в качестве детекторов ИК-излучения в диапазоне длин волн 1-6 мкм.
