БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Выпускная работа по

«Основам информационных технологий»

Магистрантка кафедры физики полупроводников и наноэлектроники

Ермакова Анна

Руководитель:

доцент Горбачук Николай Иванович

доцент Кожич Павел Павлович

Минск – 2010 г.

Презентация магистерской (кандидатской) диссертации. (не менее15 слайдов, гиперссылка в электронном варианте, черно-белые выдачи по 6-9 слайдов на листе на бумажном носителе, помещаются в приложение). 24

Список литературы к выпускной работе. 25

Приложения. 26

Список обозначений ко всей выпускной работе

НРНТ алмаз – синтетический алмаз, выращенный при высоких давлении и температуре (high pressure high temperature);

CVD алмазная пленка – алмазная пленка, выращенная в процессе химического газофазного осаждения (chemical vapor deposition);

MSM – структура типа металл-полупроводник-металл (metal-semiconductor-metal);

ВАХ – вольт-амперная характеристика;

УФ – ультрафиолетовый;

ИК – инфракрасный;

ИТ – информационные технологии;

ТБО – термобарическая обработка;

ШП – широкозонные полупроводники;

ВШСК – встречно-штырьевая система контактов;

ИИ – ионная имплантация.

Реферат на тему «Применение ИТ в исследовании фотопроводимости алзазных детекторов УФ-излучения»

Введение

Детектирование ультрафиолетового излучения всегда являлось важной задачей. В современном мире его роль ещё больше возросла. УФ излучения имеют большое значение в следующих областях [1] :

- медицина и биотехнология;

- экология;

- материаловедение, дефектоскопия, криминалистика, искусствоведение;

- астронавигация и ультрафиолетовая локация;

- астрономия;

- ядерная физика и энергетика.

Для решения этой задачи первоначально пытались применить оптоэлектронные вакуумные приборы, использующиеся для обнаружения оптического излучения. В настоящий момент ведущими мировыми производителя созданы УФ фотоприемные устройства. Они представляют собой фотоэлектронные умножители электронно-оптических преобразователей, микроканальные фотокатодные устройства и устройства на основе широкозонных полупроводников. Эти приемники имеют свои ограничения. Для фотоэлектронных умножителей необходим вакуум, высокое напряжение, у них большие габариты и вес. Что касается микроканальных фотокатодных устройств, то это вакуум, нестабильность коэффициента умножения и чувствительности, искажение изображения. [2] Твердотельные приемники на основе широкозонных полупроводников создаются из различных материалов: кремний, GaP, нитриды, природный алмаз.

Алмазные фотоприемники УФ излучения обладают преимуществом перед своими конкурентами: узкий диапазон чувствительности (190-250 нм) и низкая чувствительность к солнечному излучению (отношение чувствительности к видимому света на 5 порядков меньше, чем к УФ излучению).

Для Республики Беларусь, в связи с наличием республиканского унитарного предприятия «Адамас БГУ» по производству синтетических алмазов, является актуальным возможность изготовления на основе имеющегося сырья создавать фотоприемники УФ излучения.

Целью данной работы является исследование фотоэлектрических характеристик приемников УФ излучения на основе синтетических алмазов производства РУП «Адамас БГУ».

Глава 1. Обзор литературы.

Ультрафиолетовое (УФ) излучение представляет собой диапазон длин волн от 100 до 400 нм. Его подразделяют на несколько типов:

- ближний УФ (NUV) – диапазон 400 нм - 300 нм (3.10 - 4.13 эВ);

- средний УФ (MUV) – диапазон 300 нм - 200 нм (4.13 - 6.20 эВ);

- дальний УФ (FUV) ‑.диапазон 200 нм - 122 нм (6.20 - 10.2 эВ);

- экстремальный УФ (EUV, XUV) – диапазон 121 нм - 10 нм (10.2 - 124 эВ);

- вакуумный УФ (VUV) ‑ диапазон 200 нм - 10 нм (6.20 — 124 эВ).

С точки зрения биологического воздействия УФ излучение делят на УФ-A лучи (UVA, 315—400 нм), УФ-B лучи (UVB, 280—315 нм) и УФ-C лучи (UVC, 100—280 нм). УФ-С излучение практически полностью и УФ-В ‑ на 90% поглощаются атмосферой (озон, водяной пар, кислород и т.д.) [4]. Воздействие УФ излучения на живые организмы представлено на рисунке 1 [1]. Следует отметить, что негативное влияние УФ на биологические организмы приходится на УФ-В и УФ-С лучи. Таким образом, детектирование этого диапазона излучений особо актуально.

Рисунок 1 ‑ Спектр относительного воздействия различных видов УФ излучения:

1 – пигментационное; 2 – эритемное; 3 – витаминообразующее; 4 – бактерицидное;

5 – концерогенное (разрушающее ДНК).

Диапазоны УФ излучения, обладающие различными и противоположными воздействиями на живые организмы, разнесены на единицы нанометров и нередко перекрываются. Это подводит к необходимости детектировать УФ излучение селективно.

Ещё одним из примеров применимости УФ излучения может служить военный аспект этого вопроса, а именно детектирование пламени от двигателя реактивного самолета.

На рисунке 2 [3] продемонстрированы спектры излучения Солнца и горения топлива JP-4, применяемого для двигателей реактивных самолетов. Применение детекторов ультрафиолетового излучения в этом направление накладывает на них ещё одно условие: малая чувствительность к видимому излучению.

Рисунок 2 ‑ Сравнение спектральной чувствительности ФД Шоттки на структуре AlGaN (Al 56%) и p-n ФД на основе SiC с УФ-спертрами излучения Солнца и горения топлива JP-4

Для создания фотоприемников ультрафиолетового излучения, которое имеет достаточно большие энергии квантов (3,1 – 12,4 эВ) используют различные широкозонные полупроводники. К классу широкозонных полупроводников (ШП) относят такие материалы, в которых при отсутствии в них электрически активных примесей с небольшой энергией ионизации, электропроводность при комнатной температуре ничтожно мала. ШП включают в себя: Si, SiC (6H), SiC (4H), GaP, ZnS, CdS и другие.

Неоспоримыми преимуществами перед возможными приемниками УФ-излучения обладают детекторе на основе алмаза. Это объясняется тем, что для них характерна:

- возможность построения полностью «солнечно-слепого» фотоприемника – с чувствительностью в области жесткого ультрафиоетового излучения (< 0,3 мкм);

- удивительно высокая спектральная селективность фотоприемника на основе совершенных и чистых кристаллов типа IIа, для которых удается подавить чувствительность в видимой области спектра (0,4 – 0,7 мкм) более чем на три порядка по отношению к максимуму чувствительность в УФ части спектра;

- возможность управления одним из важных параметров – областью спектральной чувствительности алмаза путем простого отбора естественных кристаллов с различной концентрацией примеси (дефектов). [10]

Принцип действия фотоприемников на основе алмаза аналогичен принципу действия приборов, изготовленных из других полупроводниковых материалов. Конструкции детекторов можно разделить на два основных типа: с продольным и с поперечным дрейфом носителей заряда по отношению к направлению падающего излучения. Методы изготовления контактов могут быть различными. Для детекторов планарной системы создают на освещаемой поверхности гребенчаные системы контактов (рисунок 3), для приемников, работающих в «сэндвич»-структуре могут создаваться как гребенчатые контакты, так и сплошной полупрозрачный металлический контакт.

Рисунок 3 - Схематическое изображение детектора с гребенчатой структурой

При попадании в детектор фотонов с высокой энергией происходит ионизация атомов, в результате чего генерируются электронно-дырочные пары. Энергия, необходимая для создания электронно-дырочной пары в алмазе, составляет 13 эВ (в кремнии 3,62 эВ). Генерированные излучением носители накапливаются в объеме фоторезистора в течении времени жизни. УФ-излучение эффективно поглощается только в приповерхностном слое порядка 10 мкм. В случае фотоприемника с «сэндвич» структурой созданного на основе алмазной пластинки толщиной 200 мкм, если к нему приложить напряжение в 200 В, тогда носители будут дрейфовать в режиме насыщения дрейфовой скорости (1 ÷ 2)∙107 см/с и за время пролета (порядка 10^-9 с), сопоставимого со временем жизни, достигнут противоположной стороны кристалла [10]. Насыщение скорости в алмазе происходит в электрическом поле с напряженностью выше 10⁴ В/см и объясняется взаимодействием с оптическим фоном. Максимальное значение времени жизни носителей зарядов для природных алмазов составляет десятки наносекунд.

«Применение ит в исследовании фотопроводимости алзазных детекторов уф-излучения» (стр. 1 из 5)

Оглавление

Реферат на тему «Применение ИТ в исследовании фотопроводимости алзазных детекторов УФ-излучения»