Введение к работе
Актуальность работы. Полупроводниковые фотоэлектрические
преобразователи весьма удобны для использования в качестве регистраторов люминесценции кристаллов - сцинтилляторов в датчиках ионизирующих излучений. По сравнению с широко используемыми для этой цели ФЭУ они обладают рядом преимуществ: не требуют высокого напряжения, что приводит к экономичности пи.ания, малогабаритные, более помехоззщищенные ч и радиационно стойкие, с высокой обіїаружительной способностью - они отвечают основным требованиям к современной технике и позволяют регистрировать очень малые потоки излучений везде, где существует опасность утечки радиоактивности. В настоящее время в качестве таких преобразователей, как правило, используются фотодиоды ( ФД ) на основе кремния. Применение ФД на основе гетероструктур в системе алюминий - галлий - мышьяк позволяет улучшить их характеристики. Это связано, во-первых, с возможностью оптимального согласования спектра люминесценции каждого типа сцинтиллятора со спектром фоточувствительности ФД за счет варьирования значений ширины запрещенной зоны широкозонного "окна" и фотоактивной области, содержащей р-п - переход. Большие значения Es материала р-п - перехода п AIGaAs ФД позволяют уменьшить гемновые токи при комнатной и более высоких температурах, т.е. обеспечить лучшую пороговую чувствительност. и термоетабнлыюсть датчика в целом. Во-вторых, потенциально более высокая радиационная стойкость AIGaAs - гетероструктур по сравнению С кремниевыми фотодиодами позволяет надеяться на более продолжительный срок службы датчиков иопизнрующих излучений на их основе.
Современные технологии позволяют получать эпитаксиальные слои AIGaAs высокого кристаллографического качества с аадапным составом и содержанием легирующей примеси. Возможности метода низкотемпературной жидкофазной эпитаксии ( НТ ЖФЭ ) пыращнвать кристаллографически совершенные AIGaAs гетсроструктуры с ультратонкими поверхностными слоями моїут использоваться для создания ФД с повышенной чувствительностью в ультрафиолетовой ( УФ ) области и детекторов нысокоэнергетических частиц.
Оснрвніч'і целью работы являлось определение условий выращивания и
создание на основе AIGaAs гетероструктур ФД с повышенной
чувствнтельиості.ю и обіїаружительной способностью, используемых для регистрации малых световых потоков сцинтилляцнонных кристаллов в датчиках ионизирующих излучений, и также в качестве детекторов пысокоэнергетическнх частиц.
Научная новизна работы . состоит в определении фундаментальных ограничении на увеличение фоточувствительности в УФ - области спектра AIGaAs фотодиодов, включая в рассмотрение явления гуниелирования носителей черен широкозонпый слой на поверхностные состояния и аккумулирования поверхностного загиба зон в достаточно прозрачном в УФ области спектра узкозомном сильнолегированном наружном оюе. Найдены оптимальные параметры поверхностных AIGaAs и GaAs слоев для достижения максимальной коротковолновой чувствительности. Изучено влияние содержания AlAs в области р-п - перехода на электрические и фотоэлектрические свойства ФД.
Практическая ценность работы заключается в следующем. Методом НТ
ЖФЭ выращены кристаллографически совершенные AIGaAs - ієї еросі руктуры с
ультратонкими ( порядка нескольких десятков ангстрем ), поверхностными
слоями. На их основе созданы раднанионно стойкие ФД с высокой
обнаружителыюй способностью и повышенной коротковолновой
чувствительностью.
Основные положе ия. выносимые на защиту.
1. Определена зависимость толщины поверхностного обед .енного слоя от
концентрации свободных носителей для материалов GaAs и AlAs. При
концентрации носителей - 10ls см3 толщина зтого слоя составляет 300 А для
GaAs и 400 А.дли AlAs. В GaAs при концентрации носителей 10'" см 3 толщина поверхностного обедненного слоя составляет 100 А.
2. На основании построенных зонных моделей (ii-p)Al,Gii|.,As-
р Alv>xGa,.vAs - р* GaAs - гетероструктур с ультрзтонкимн поверхностными
слоями выявлена связь и определено влияние содержания AlAs и области р-п -
перехода и толщин поверхностных слоев на собирание фотоіснерированньїх
носителей р-п - переходом.
3. Исследовано влияние содержания АІАі в области р-п перехода на
основные .характеристики ФД с целью создания ."пек':орои ионизирующих
излучений с оптимальными параметрами по обн,чру";ительноі способное,
генерируемому :оі;у и напряжению.
4.Повышение коротковолновой чувствительности ФД наблюдается при
использовании AIGaAs - гегерострукт\р с улыратонкнм і 70 - 100 А), наружным p'G.iAs слоек., аккумулирующим поверхностный загиб зон И таких структурах значения -.нутреинего коэффициента собирании достиг.,ыг 70 -75 '>;' и ультрафиолетовой области iA =:400 им ).
5. AIGaAs - гстероструктуры с промежуточным преобразованием излучения можно использовать для регистрации высокоэнергетических частиц, имеющих глубину проникновения в полупроводниковых материалах от нескольких сотен ангстрем до нескольких десятков микрометров.
Апробация результатов работы.
Результаты дис ертационной работы докладывались иа V Всесоюзной конференции по физическим процессам в полупроводникових гетероструктурах ( Калуга, 1990 г. ) и на II научной конференции " Фотоэлектрические явления в полупроводниках " ( Ашхабад, 1991 г. ).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 6 печатных работах.список которых приведен в конце автореферата.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Она содержит 122 страницы, из которых 93 страницы машинописного текста, 33 рисунка на 26 страницах, 5 таблиц на 3 страницах. Список цитируемой литературы включает 100 наименований.
Похожие диссертации на Получение и оптимизация характеристик AlGaAs фотодиодов для датчиков ионизирующих излучений
