Гуменюк-Сичевська Ж. В. Оптоелектронні властивості низьковимірних структур на основі вузькощілинних напівпровідників в ІЧ і ТГц діапазонах спектру

Дисертація присвячена вирішенню проблеми розробки фізичних принципів і теоретичних основ для створення та оптимізації характеристик інфрачервоного (ІЧ) та терагерцового (ТГц) / суб-ТГц детекторів, зокрема, встановленню особливостей механізмів формування струму в низькорозмірних гетероструктурах та наноструктурах на основі вузькозонних напівпровідників під впливом зовнішнього випромінювання. Розроблена модель переносу темного струму для ІЧ-фотодіодів на основі p-n переходів у HgCdTe та гетеропереходів PbTeS/PbSnTe. Модель базується на рівняннях балансу з урахуванням просторово неоднорідного заповнення пасток, усіх основних механізмів зарядового транспорту та реалістичної зонної структури. Реальні параметри ІЧ-фотодіодів екстраговані з їх експериментальних вольт-амперних характеристик та визначені основні фактори, що обмежують експлуатаційні характеристики багатоелементних ІЧ-FPA. Досліджується вплив певних особливостей технології та руйнівних факторів на такі системи. З метою вивчення можливості створення високочутливого високошвидкісного помірного охолоджуваного ТГц детектора побудована молель транспортних властивостей та шуму у квантовій ямі HgCdTe напівметалевої фази, встановлено оптимальні параметри для досягнення високої рухливості електронів та розробки рекомендацій щодо оптимізації її четливості. Проаналізовано вплив параметрів підкладки скінченного розміру на характеристики поглинання ТГц детекторно-антенних систем, включаючи багатоелементні детектори. Показано, що товщина підкладки є ключовим параметром, що визначає поведінку всієї системи. Моделювання показало, що детекторний масив здатний працювати як FPA з рівномірною чутливістю елементів на тонких підкладках (h <60 мкм для підкладки Si) та/або при низьких значеннях діелектричної проникності підкладки (ε <5) . Розроблено і досліджено п’ять різних нових низьковимірних плазмонних детекторів: три лінійних FPA на основі двоколірних (ІЧ / ТГц) болометрів на гарячих електронах (на епітаксійних шарах HgCdTe) з різною конфігурацією антен, польовий транзистор (FET) на базі квантової ями HgCdTe та FET з подвійним затвором на двошаровому графені, інкапсульованому в гексагональну нітрат бору (hBN). Дослідження реакцій THz / sub-THz цих структур показали, що їх чутливість та еквівалентна потужність шуму (NEP) підходять для активного детектування при азотній та кімнатній температурі.