Details

Предмет исследования. Применение сверхрешёток в качестве барьерных слоёв в униполярных барьерных nBn-структурах на основе n-HgCdTe, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии, для целей фотоприёма. Цель работы. Целью работы было определение степени влияния оптического воздействия в инфракрасном диапазоне на электрофизические характеристики nBn-структур на основе HgCdTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, со сверхрешёткой в барьерной области. Метод. Методом молекулярно-лучевой эпитаксии выращивались плёнки Hg[1-x] Cd[x] Te, представляющие собой nBn-структуры со сверхрешёткой из 18 периодов Hg[0,2]Cd[0,8]Te (9 нм)/HgTe (2 нм). Из данных плёнок были изготовлены структуры металл - диэлектрик - полупроводник. Исследования фотоэлектрических свойств проводились методом спектроскопии адмиттанса при отсутствии и наличии подсветки инфракркасным светодиодом с длиной волны 940 нм. Основные результаты. Показано, что оптическое воздействие в инфракрасном диапазоне оказывает заметное влияние на электрофизические характеристики nBn-структур на основе HgCdTe, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, со сверхрешёткой в барьерной области. При этом данное влияние не является аналогичным поведению классических структур металл - диэлектрик - полупроводник в условиях оптического воздействия, что указывает на вклад сверхрешётки в формирование фотоэлектрических характеристик исследованных структур. Описанные выше эффекты, по-видимому, связаны с влиянием перезарядки энергетических уровней (минизон) в сверхрешётке в барьерной области nBn-структуры. Практическая значимость. С учётом того факта, что применение сверхрешёток в барьерных nBn-структурах на основе n-HgCdTe рассматривается как наиболее перспективный способ устранения потенциального барьера для неосновных носителей заряда, результаты данной работы могут составить основу для разработки конструкций фоточувствительных структур для среднего (mid-wave infrared, MWIR) и дальнего (long-wave infrared, LWIR) диапазонов и последующего создания фотоприёмных элементов.

Subject of study. Application of superlattices as barrier layers in unipolar barrier nBn structures based on n-HgCdTe grown by molecular beam epitaxy. Aim of study. to determine the degree of influence of optical radiation in the infrared range on the electrical characteristics of nBn structures based on HgCdTe, grown by molecular beam epitaxy, with a superlattice in the barrier region. Method. Epitaxial Hg[1- x] Cd[x] Te films, which are nBn structures with a superlattice in the barrier region, were grown using molecular beam epitaxy. The superlattice of 18 periods in the structure under study included barrier layers 9 nm thick (Hg[0.2]Cd[0.8]Te) and wells (HgTe) 2 nm thick. From these films, metal-insulator-semiconductor structures were produced, which were individual mesa structures on a single substrate, obtained by etching. Studies of photoelectric properties were carried out on an automated heterostructure admittance spectroscopy setup, consisting of a Janis non-optical closed-cycle helium cryostat with a Lake Shore 335 temperature controller. The study of structure admittance was carried out on an Agilent E4980A setup. The studies were carried out in the absence and presence of infrared light-emitting diode illumination with a wavelength of 940 nm. The sample under study was placed in a vacuum chamber on a cooled table with a hole. Main results. The measurement results presented in this work show that, obviously, illumination with an infrared light-emitting diode has a significant effect on the admittance characteristics of the structure under study. The dependences of electrical capacitance and differential conductivity on voltage observed in experiments, both in the dark and under illumination with an infrared light-emitting diode, cannot be directly interpreted by analogy with the analysis of admittance studies of classical metal-insulator-semiconductor structures. In particular, such effects as complex hysteresis when changing the scan direction when measuring dark characteristics, the frequency dependence of the level of dark capacitance in the enrichment mode, as well as the influence of illumination on the value of the capacitance in the enrichment mode have a form that is significantly different from the case of a classical metal-insulator-semiconductor structure. These effects can be explained by the presence of a superlattice in the barrier layer of the structure, which has its own complex conductivity and affects the complex conductivity of the metal-insulator-semiconductor structure. At the same time, additional research is required to describe in detail the nature of the influence of the superlattice on the electrical properties of barrier structures based on HgCdTe. Practical significance. This work is devoted to the first studies of the photoelectric properties of the structure of nBn structures based on HgCdTe, grown by molecular beam epitaxy, with a superlattice in the barrier region. Taking into account the fact that the use of superlattices in barrier nBn structures based on n-HgCdTe is considered as the most promising way to eliminate the potential barrier for minority charge carriers, the results of this work can form the basis for the development of designs for photosensitive structures in mid-wave infrared and long-wave infrared ranges and the subsequent creation of photodetectors elements. Photoelectric measurements are part of the photosensitive structure development process aimed at creating highly sensitive mid-wave infrared and long-wave infrared photonic detectors.