Цибрій З. Ф. Фізико-технологічні основи розроблення HgCdTe-приймачів ІЧ та ТГц діапазонів і елементів блокування ІЧ випромінювання

Дисертація присвячена встановленню основних технологічних процесів, що обмежують порогові параметри фотоприймачів на основі вузькощілинних напівпровідників HgCdTe і дослідженню їх фізичної природи, що дозволило вперше в Україні розробити основи технології виготовлення дискретних та багатоелементних двоспектральних ІЧ та ТГц фотоприймачів випромінювання 3-го покоління. Проведено ґрунтовний аналіз фізико-хімічних процесів, які відбуваються при формуванні приймачів ІЧ діапазону спектра на основі HgCdTe. Це дозволило вивчити, оптимізувати та обґрунтувати режими ключових технологічних етапів їх формування та розробити унікальні технологічні методи виготовлення ІЧ та ТГц детекторів на основі HgCdTe. Розроблено топології ІЧ дискретних фотодіодів та багатоелементних фотодіодних матриць з різним форматом та розміром чутливих елементів на основі епітаксійних шарів HgCdTe. Опрацьовано технологічний процес виготовлення ІЧ -детекторів на основі епітаксійних шарів HgCdTe. Зокрема, визначені гранично можливі значення температурних та механічних навантажень на епітаксійні шари HgCdTe, які повинні враховуватись в технології виготовлення приймачів; розроблені низькотемпературні режими формування захисних покриттів CdTe, фізичні властивості яких задовольняють вимогам до пасиваційних покриттів; вивчено фізико-хімічні процеси на інтерфейсі метал/HgCdTe, що відбуваються при розроблених низькотемпературних режимах формування двошарових омічних контактів до епітаксійних шарів HgCdTe, як з електронним, так і з дірковим типом провідності. Омічна поведінка контактів не залежить від типу металу, що свідчить про збагачення носіями приповерхневого шару, зумовленого піннінгом рівня Фермі. Виготовлено середньохвильові та довгохвильові ІЧ-фотодіоди на основі HgCdTe з різною топологією та досліджено їх електричні та фотоелектричні характеристики. Отримані експериментальні значення виявлювальної здатності середньохвильових та довгохвильових ІЧ фотодіодів на основі HgCdTe свідчать про їх функціональність у режимах, обмежених фоновим випромінюванням. Виготовлені ТГц болометри на гарячих носіях на основі HgCdTe були використані для формування 8-елементної лінійки детекторів для застосування в суб-ТГц (???? ≈ 140 ГГц) системі візуалізації. Отримані ТГц-зображення запакованих предметів продемонстрували задовільну спектральну роздільну здатність з використанням такої суб-ТГц системи. Показано можливість реалізації дво- або багатспектральних детекторів на основі епітаксійних шарів HgCdTe в ІЧ та ТГц спектральному діапазоні. Запропоновані і розроблені дводіапазонні приймачі на основі болометрів HgCdTe інтегровані з металічними антенами, які продемонстрували відгук до ТГц випромінювання (на основі розігріву електронного газу в біполярному напівпровіднику) і є чутливими також в ІЧ діапазоні (за рахунок міжзонного поглинання) з довгохвильовою межею чутливості, що відповідає їх хімічному складу. Вперше обґрунтовано механізми функціонування новітніх селективних фільтрів на основі композитних структур AlN (MgO) / полімерна плівка, які блокують ІЧ випромінювання і є прозорими у видимому і ТГц діапазонах спектра. Доведено, що покращені експлуатаційні можливості обумовлені розширенням смуги залишкових променів для AlN в межах 10,5 – 17 мкм, що пов’язано з їх полікристалічною наноструктурованою будовою. Експериментально доведено їхню функціональність