Geum.ru

Пособие соответствует утвержденной рабочей программе дисциплины «Современные проблемы оптотехники». Оно содержит также вопросы используемые при проведении контроля и тестирования. Библиография 76 наим

Вид материалаУчебное пособие

Содержание


4.3. Фотоприемники на квантовых точках (ФКТ) [28? 39-42]
Подобный материал:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   15
^

4.3. Фотоприемники на квантовых точках (ФКТ) [28? 39-42]



В этих ФПУ (ФКТ-ФПУ), по сравнению с ФКЯ, квантовые ямы заменены квантовыми точками, имеющими объемную локализацию во всех направлениях. Приемники излучения на квантовых точках (QDIP) принято считать одними из наиболее перспективных для создания новых ИКС 3-го поколения. В [28] отмечается, что такие свойства ФКТ-ФПУ как возможность принимать излучение, падающее по нормали к поверхности фоточувствительного слоя, т.е. высокая квантовая чувствительность, малый темновой ток, сравнительно высокая рабочая температура, а также хорошо освоенная технология изготовления матричных ФПУ, подобная технологии материалов А3В5 на дешевых подложках., позволят им уже в ближайшем будущем конкурировать с КРТ-ФПУ. Сообщалось о создании QDIP-приемников, способных работать в средневолновом ИК-диапазоне (3…5 мкм) при температуре охлаждения выше 200 К и в длинноволновом ИК-диапазоне (8…12 мкм) при140 К [39].

Для создания двух- и многодиапазонных фотоприемников используются различные технологии. Так, известны приемники в виде матрицы пикселов, каждый из которых состоит из двух фотодиодов, соединенных по схеме «спина к спине». Каждый пиксел для образования двухдиапазонного приемника имеет два контакта, куда подаются напряжения смещения.

Другой тип приемника использует изменяемое напряжение смещения для сдвига спектральной характеристики. Достоинством этой конструкции является упрощение технологии изготовления приемника за счет уменьшения числа контактов, наносимых на отдельные пикселы. Принцип работы перестраиваемого двухдиапазонного ФПУ на квантовых точках заключается в следующем. При малом напряжении смещения высокие энергетические барьеры в многослойной структуре GaAs блокируют носители, созданные длинноволновым ИК-излучением, и приемник работает в средневолновом диапазоне. При возрастании напряжения смещения высота барьеров уменьшается, что позволяет регистрировать фотоэлектроны, вызванные поглощением излучения в длинноволновом диапазоне и перешедшие барьеры. При отрицательном напряжении смещения порядка -0,3 В из-за отсутствия барьеров, блокирующих длинноволновое излучение, приемник работает одновременно в обоих спектральных диапазонах. Таким образом, меняя величину смещения, можно управлять режимом работы ФПУ.

Известна разновидность QDIP-приемников, в которых квантовые точки InAs внедрены в квантовые ямы InGaAs с ослабленной деформацией. В них ширина квантовых ям меняется асимметрично вверху и внизу ямы, что приводит к различию спектральных чувствительностей при положительных и отрицательных смещениях [40].

Нужно отметить сильное влияние квантовой эффективности на D* фотоприемников на базе квантовых точек. Настройка квантовых точек может осуществляться изменением напряжения смещения [41]. Считается, что по сравнению с квантовыми ямами квантовые точки имеют более продолжительное время жизни благодаря подавлению фотонного рассеяния и большей продолжительности возбужденных состояний.

В [42] описывается конструкция и технология изготовления многодиапазонного фотоприемника, в котором падающее излучение поступает на поверхность фоточувствительного слоя через плазмон - слой серебра толщиной около 150 нм в виде периодической двумерной решетки с квадратными отверстиями. Спектральной характеристикой приемника можно управлять, при изменяя шаг решетки, т.е. резонансные моды плазмона.

Конструкция пиксела такого приемника содержит подложку из GaAs, на которую последовательно наносятся нижний слой из n-GaAs с металлическими контактами, активный слой, в котором содержатся наборы из квантовых точек, внедренных в квантовые ямы, и промежуточные барьеры. Затем идут верхний слой из n-GaA с контактами и верхний металлический слой – плазмон.

Активные слои пикселов состоят из квантовых точек InSb, внедренных в одиночные или двойные квантовые ямы. Конструкция с одиночными квантовыми ямами содержала набор из 15-ти InSb-точек, помещаемых в ямы In0,15Ga0,85As с барьерами из GaAs. В конструкции с двойными квантовыми ямами использовались наборы из 30-ти InSb-точек в ямах In0.15Ga0.85As/GaAs с барьерами из Al0.1Ga0.9As.

При температуре охлаждения опытного образца Т=30 К и положительном смещении 4 В спектральная характеристика имела широкую область чувствительности - от 7 до 10,4 мкм. При Т=30 К и смещении -4,2 В области спектральной чувствительности составили 4,9…7,8 мкм и 10…11 мкм с максимумом на 10,3 мкм и полушириной полосы около этого пика порядка 1,4 мкм. При меньших напряжениях смещения пик спектральной характеристики чувствительности образца приходился на средневолновый ИК-диапазон.

Исследования такого приемника проводились при отношении ширины отверстия плазмона к периоду размещения отверстий (период решетки) 0,567 и отношении этого отверстия к длине волны порядка 0,31. При увеличении периода решетки пик спектральной характеристики смещался в сторону больших длин волн.

Определялась чувствительность приемника к состоянию поляризации падающего на него излучения. При температуре охлаждения 77 К и напряжении смещения 5 В резонансный пик спектральной чувствительности к неполяризованному излучению наблюдался на длине волны 6,8 мкм при состоянии поляризации 0о. При изменении состояния поляризации на 90о эта чувствительность падала вдвое. При этом возникал небольшой пик чувствительности в области около 8 мкм.

Компания RTI International сообщила о новых образцах фотоприемников на базе квантовых точек (ФКТ-ФПУ), с увеличенным спектральным диапазоном, по сравнению с ФПУ на InGaAs. Квантовая чувствительность таких фотодиодов превышает 50%, а постоянная времени составляет менее 10 мкс, что делает их пригодными для использования в быстродействующих ИКС. Линейность входного сигнала наблюдалась в динамическом диапазоне 40дБ. Они работают при комнатной температуре и хорошо сочетаются с монолитными интегральными схемами считывания на гибких подложках, что снимает всякие ограничения по размеру ФПУ. Технология их изготовления достаточно проста, что значительно снижает стоимость ФПУ. Эта технология позволяет создавать крупногабаритные многодиапазонные МФПУ с расширенной спектральной характеристикой в диапазоне 0,25….1,8 мкм.

Устройства работают на гетеропереходах PbS-C60 (фуллерен). Структура фотодиодного ФКТ состоит из прозрачной для излучения стеклянной подложки, на которую наносится прозрачный проводник, обычно окисел In и Sn. Этот проводник является одним из контактов фотодиода. Затем следует активная область, состоящая из блокирующего электронного слоя, слоя квантовых точек PbS диаметром порядка 5 нм, слоя фуллерена и, наконец, слоя, блокирующего дырки. Квантовые точки размещаются в органическом растворителе, обычно толуоле. Слой с квантовыми точками имеет толщину порядка 100 нм. Слой фуллерена напыляется на слой с квантовыми точками. Блокирующие (изолирующие) слои могут наносится испарением или нанесением из раствора. На активную область наносятся верхние контакты из Al. В опытных образцах диаметр Al-контактов был равен 3 мм. Обратное смещение составляло – 2В. В качестве верхнего контакта предлагается использовать пикселы схемы считывания вместо Al-контактов.