Дудин Анатолий Леонидович – специалист в области физики и технологии полупроводниковых приборов (1996, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)), заместитель генерального директора по производству и технологическим разработкам
пр. Энгельса, д. 27, Санкт-Петербург, 194156
Anatoliy L. Dudin, Specialist in Physics and Technology of Semiconductor Devices (1996, Saint Petersburg Electrotechnical University), Chief Technologist
27, Engelsa Ave., St Petersburg 194156
Зубков Василий Иванович – доктор физико-математических наук (2008), профессор (2018), профессор кафедры микро- и наноэлектроники
ул. Проф. Попова, д. 5 Ф, Санкт-Петербург, 197022
Vasily I. Zybkov, Dr Sci. (Phys. and Math.) (2008), Professor (2018) of the Department of Micro- and Nanoelectronics
5 F, Professor Popov St., St Petersburg 197022
Богословская Лана Сергеевна – магистр по специальности "Нанотехнологии и микросистемная техника" (2023, Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)), аспирантка, инженер-технолог, сквозной технолог по направлению QWIP
пр. Энгельса, д. 27, Санкт-Петербург, 194156
Lana S. Bogoslovskaya, Master in Nanotechnology and Microsystem Engineering (2023, Saint Petersburg Electrotechnical University), Postgraduate student, engineertechnologist. End-to-end technologist in the QWIP direction
27, Engelsa Ave., St Petersburg 194156
Введение. Инфракрасные фотодетекторы на основе квантовых ям (QWIP) являются одними из ключевых компонентов современных систем инфракрасного видения. QWIP широко применяются в различных областях, включая космические исследования, медицину и др. Одна из ключевых характеристик QWIP – температура BLIP (background limited performance). Эта температура определяется из условия равенства фонового и темнового токов, протекающих через фотодетектор, и является рабочей температурой фотодетектора. Увеличение рабочей температуры позволяет значительно снизить требования к системе охлаждения. Поскольку фоновый ток зависит от условий окружающей среды и апертуры криостата, целесообразно снижать значения темнового тока, которые напрямую зависят от степени легирования квантовых ям. Однако легирование влияет на чувствительность фотодетектора, поэтому необходимо подобрать оптимальный уровень легирования, позволяющий найти компромисс между снижением чувствительности и уровня темнового тока.Цель работы. Исследование влияния степени легирования квантовых ям на основе системы материалов GaAs/AlGaAs на температуру BLIP.Материалы и методы. Для проведения эксперимента методом молекулярно-пучковой эпитаксии были изготовлены тестовые фотоприемники. Параметры образцов подбирались таким образом, чтобы длина волны максимума спектральной чувствительности находилась в диапазоне 8…9 мкм. Варьируемым параметром являлась степень легирования квантовых ям кремнием. После прохождения технологического маршрута планарной модификации на всех тестовых фотоприемниках были сняты вольт-амперные характеристики в диапазоне температур 65…77 К и построены графики статической токовой чувствительности.Результаты. Показано, что снижение уровня легирования с 9.0·1017 до 4.5·1017 см–3 приводит к значительному уменьшению темнового тока в рабочем интервале напряжений. Это позволило повысить температуру BLIP с 69 до 71 К. При этом наблюдалось ожидаемое снижение фоточувствительности, однако ее значение оставалось выше порогового уровня 0.15 А/Вт.Заключение. Полученные данные демонстрируют, что оптимизация уровня легирования квантовых ям в QWIP позволяет уменьшить уровень темнового тока фотодетектора. Такой фотодетектор можно использовать при более высоких температурах.
Introduction. Quantum well infrared photodetectors (QWIPs) are among the key components of modern infrared imaging systems and are widely used for various applications, including space research, medical diagnostics, etc. One of the most important characteristics of a QWIP is the background-limited performance (BLIP) temperature, which is determined based on the equality condition between the background current and the dark current flowing through the photodetector. This parameter represents the operating temperature of the photodetector. Increasing the operating temperature can significantly reduce the requirements imposed on the cooling system. Since the background current depends on environmental conditions and the cryostat aperture, it is primarily requir ed to reduce the dark current values. The dark current is strongly dependent on the doping level of the quantum wells. However, the doping concentration also affects the photodetector sensitivity, creating a trade-off between sensitivity and dark current level.Aim. To investigate the effect of the doping level of quantum wells based on the GaAs/AlGaAs material system on the BLIP temperature.Materials and methods. Experimental photodetectors were fabricated by molecular beam epitaxy. The parameters of the samples were selected to ensure a peak spectral response wavelength in the range of 8…9 μm. The variable parameter was the doping level of the quantum wells with silicon. After completing the planar processing technological route, the current–voltage characteristics of all test photodetectors were measured in the temperature range of 65…77 K, and the corresponding curves of static current sensitivity were plotted.Results. A reduction in the doping level from 9.0·1017 to 4.5·1017 cm–3 was found to lead to a significant decrease in the dark current within the operating voltage range. This made it possible to increase the BLIP temperature from 69 to 71 K. This was associated with the expected decrease in photosensitivity; however, its value remained above the threshold level of 0.15 A/W.Conclusion. The obtained data demonstrate that optimization of the quantum well doping level in QWIPs provides for a reduction in the photodetector dark current. As a result, the device can be operated at higher temperatures.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.