72066

ЯВИЩА ГЕНЕРАЦІЇ І ПЕРЕНОСУ В НЕІДЕАЛЬНИХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ І СТВОРЕННЯ НА ЇХ ОСНОВІ СЕНСОРІВ ЗОБРАЖЕНЬ НОВОГО ТИПУ

Автореферат

Физика

Застосування напівпровідникових елементів для створення різного роду датчиків електромагнітного випромінювання у тому числі сенсорів оптичного ультрафіолетового й рентгенівського зображення а також пристроїв для прямого перетворення сонячної енергії в електричну є однієї з найбільш перспективних областей...

Украинкский

2014-11-17

5.1 MB

1 чел.

18

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені І.І. МЕЧНИКОВА

                              БОРЩАК Віталій Анатолійович

УДК 625.315.592

ЯВИЩА ГЕНЕРАЦІЇ І ПЕРЕНОСУ В НЕІДЕАЛЬНИХ ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ І СТВОРЕННЯ НА ЇХ ОСНОВІ СЕНСОРІВ ЗОБРАЖЕНЬ НОВОГО ТИПУ

01.04.10 - фізика напівпровідників і діелектриків

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора фізико-математичних наук

Одеса-2011


Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському національному університеті імені І. І. Мечникова

Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України і в

Навчально-науково-виробничому центрі при ОНУ імені І. І. Мечникова.

Науковий консультант – доктор фізико-математичних наук, професор

 Сминтина Валентин Андрійович,

 Одеський національний університет

 імені І. І. Мечникова,

 завідувач кафедри експериментальної фізики.

Офіційні опоненти:  член-кореспондент НАН України

 доктор фізико-математичних наук, професор

 Литовченко Володимир Григорович,

 Інститут фізики напівпровідників

 імені В. Є. Лашкарьова, завідувач відділенням

 фізики поверхні та мікроелектроніки;

 доктор фізико-математичних наук, професор

 Птащенко Олександр Олександрович,

 Одеський національний університет імені

 І. І. Мечникова, завідуючий  

 кафедрою твердого тіла та фізичної електроніки

 доктор технічних наук, професор

 Мокрицький Вадим Анатолійович,

 Одеський національний політехнічний

 університет, профессор кафедри 

 інформаційних технологій проектування

 в електроніці та телекомунікаціях

 

Захист відбудеться « ___ » _________ 2011 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.051.01 при Одеському національному університеті імені І. І. Мечникова за адресою: 65082, м.  Одеса, вул. Дворянська, 2.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Одеського національного університету імені І. І. Мечникова за адресою: 65082, м. Одеса, вул. Преображенська, 24.

Автореферат розісланий « ____ » вересня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

к. ф.-м. н., доцент       О. П. Федчук


ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Застосування напівпровідникових елементів для створення різного роду датчиків електромагнітного випромінювання (у тому числі сенсорів оптичного, ультрафіолетового й рентгенівського зображення), а також пристроїв для прямого перетворення сонячної енергії в електричну є однієї з найбільш перспективних областей, фізики, техніки та енергетики яка швидко розвивається . Незважаючи на те, що ця область порівняно молода тут уже пройдені найважливіші етапи розвитку. Розроблені фізичні основи теорії фотогальванічного генератора, виділений ряд найбільш перспективних напівпровідникових матеріалів, розроблена промислова технологія й інженерна база створення датчиків зображення і фотоелектричних перетворювачів. Є також багаторічний досвід промислової експлуатації фотоелектричних енергетичних установок у космосі й на Землі.

Широко застосовуються для створення самих різних напівпровідникових приладів (у тому числі й фотоелектричних) структури, що містять гетеропереходи. Особливо швидко розвивається останнім часом вивчення можливості застосування наноструктур для створення фотодатчиків різного призначення.

У зв’язку з увагою, яка в даний час приділяється питанням екології і пошукам альтернативних джерел електроенергії дослідженням в галузі сонячної енергетики продається пріоритетне значення. Однак, незважаючи на всі зусилля сонячна електроенергія набагато дорожче електроенергії, одержаної від теплових, гідро- і атомних електростанцій.

Існує кілька перспективних шляхів зниження вартості, по яких здійснюються інтенсивні дослідження і розробки. До таких шляхів варто віднести здешевлення технології кремнієвих монокристалічних елементів, використання концентрованих потоків сонячного випромінювання в сполученні з високоефективними фотоелектричними перетворювачами (ФЕП) на основі арсеніду галію а також використання полікристалічних і аморфних напівпровідникових плівок для створення ФЕП.

Зупиняючись на останній з наведених можливостей необхідно відзначити, що використання нетрадиційних полікристалічних (CdS, CdTe, Cu2S, CuInSe2) і аморфних (αSi:H) матеріалів вимагає розвитку таких же нетрадиційних підходів до фізики роботи фотовольтаічних елементів на основі цих матеріалів. Разом з тим, незвичайність, некласичність з одного боку, і перспективність, з другого боку, цих систем стимулювали подальші розробки. Одного часу дуже широку популярність одержала гетеропара CdS-Cu2S. Особливий інтерес представляє заміна шару сульфіду міді на сполуку CuInSe2. Цей напівпровідник р-типу із шириною забороненої зони порядку одного електронвольта має значно більшу стабільність чим сульфід міді.

Таким чином, інтерес до розробки тонкоплівкових фотоелементів на основі неідеального гетеропереходу CdS-Cu2S довгий час був високий. Однак слід зазначити, що останнім часом увага дослідників приділяється тонкоплівковим фотоелементи на основі аморфного кремнію. Високий коефіцієнт корисної дії ФЕП на основі αSi:H поєднуєься з безпрецедентним розвитком бази їх промислового виробництва.

Таким чином, розвиток робіт по переходу CdS-Cu2S (і його аналогам) проходив в гострій конкурентній боротьбі з іншими системами фотоперетворювачів. Це вплинуло на пріоритет прикладних досліджень. Разом з тим, варто особливо підкреслити, що такий гетероперехід є винятково зручним модельним об'єктом. Йому притаманні і можуть бути всебічно досліджені багато цікавих ефектів і властивостей, характерних для будь-яких неідеальних гетеропереходів. Такі переходи напівпровідників з незбіжними постійними кристалічних ґраток привертають увагу багатьох дослідників у зв'язку з перспективами їх застосування в різних областях напівпровідникової електроніки.

У той же час, фізика процесів, які протікають у неідеальних гетеропереходах, розроблена явно недостатньо, що гальмує розробку приладів на основі таких систем.

Особливості цих структурах, пов'язані з такою характерною їх рисою як наявність високої щільності станів на границі розподілу (через невідповідність постійних кристалічних ґраток матеріалів, що складають гетеропару) і в бар'єрній області.

Проведені дослідження показали можливість створення на основі неідеальної гетероструктури ефективного високочутливого датчика зображення у видимій області спектра. Встановлено, що такі структури можуть також бути використаний як сенсор рентгенівських зображень, що могло б мати широке застосування в багатьох галузях науки й техніки, особливо там, де незручно або неможливо використовувати рентгенівську плівку, наприклад, як датчик для комп'ютерного томографа.

Особливістю такого приладу є достатньо довгий час накопичення та зберігання записаної оптичної інформації навіть при кімнатній температурі, а також можливість неруйнуючого читання. Тому дослідження електронних процесів, що приводять до накопичення та видалення записаної оптичної інформації, представляється дуже важливим.

Таким чином, актуальність даного дослідження визначається необхідністю розвитку єдиного, фундаментального підходу до аналізу електрофізичних властивостей неідеальних гетеропереходів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертаційна робота виконувалася на кафедрі експериментальної фізики Одеського національного університету (ОНУ) імені І. І. Мечникова і в науково-дослідній лабораторії №3 Міжвідомчого науково-навчального фізико-технічного центру при Одеськім національним університеті імені І. І. Мечникова.

Робота є складовою частиною комплексних досліджень, які проводилися в рамках науково-дослідних держбюджетних і госпдоговірних тем:

“Дослідження электрофизических властивостей бар'єрних структур на основі напівпровідникових матеріалів з істотним порушенням далекого порядку з метою створення чутливих оптичних і рентгенівських сенсорів зображення із внутрішнім посиленням” (2000-2002 рр., номер госрегистрації 0100U02865).

«Удосконалення фотоелектричних характеристик сенсора на базі неідеального гетеропереходу». (2011-2012 рр., номер державної реєстрації: 0111U001385).

«Розробка методики реєстрації рухомих об’єктів за допомогою сенсора з внутрішнім підсиленням на основі неідеального гетеропереходу» (2009-2010 рр. номер державної реєстрації: 0109U000903).

«Сворення моделі фотоелектричних процесів в гетероструктурах для розробки оптично- та рентгеночутливих елементів пам’яті» (2006-2008 рр. номер державної реєстрації: 0106U001924).

«Дослідження процесів збудження та переносу в неідеальних гетероструктурах» (2003-2005 рр., номер державної реєстрації: 0107U001797).

«Исследование электронных и ионных процессов на границах раздела и в объеме полупроводниковых барьерных структур с целью создания эффективных оптических приборов народно-хозяйственного назначения» (1997-1999 рр., номер державної реєстрації: 0197V008989).

Мета й задачі дослідження. Мета досліджень: на базі комплексних досліджень розробити теорію збудження і переносу нерівноважних носіїв струму в істотно неоднорідних структурах - неідеальних гетеропереходах, на їх основі розробити і створити ефективні сенсори оптичного і рентгенівського зображення нового типу.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені й вирішені наступні завдання:

1. Експериментальними дослідженнями встановити природу і характер особливостей провідності ОПЗ неідеального гетеропереходу.

2. Розробити модель туннельно-стрибкового переносу по локальних центрах в ОПЗ гетеропереходу, тобто в області з безперервно змінюючимся у просторі потенціалом.

3. Розрахувати характерну щільність і морфології дефектів на межі розподілу та в області просторового заряду неідеального гетеропереходу.

4. Створити модель рекомбінації носіїв, що рухаються по локалізованих станах на рекомбінаційних центрах гетеромежі.

5. Встановити природу особливостей фоточутливості гетеропереходу CdS-Cu2S, пов'язаних з наявністю глибоких центрів в області просторового заряду і їх перезарядженням в умовах фотозбудження.

6. В результаті комплексного експерименту створити дослідний зразок сенсора оптичного й рентгенівського зображень і установку для читання і візуалізації записаної інформації.

Об'єкт дослідження - процеси збудження і переносу нерівноважних носіїв струму в неідеальних гетеропереходах.

Предмет дослідження – гетероструктури на основі матеріалів з істотним порушенням далекого порядку і сенсори оптичного та рентгенівського зображення на основі таких структур.

Методи дослідження – Методологічною основою дисертаційної роботи є системний підхід, який щодо вирішення поставлених задач ґрунтується на використанні основ теорії тунельно-стрибкової провідності зі змінною довжиною стрибка розробленою Моттом і Девісом. Така теорія була застосована для суттєво неоднорідних структур. Для створення базового слою сенсорів оптичного та рентгенівського зображення на основі неідеального гетеропереходу CdS-Cu2S використовувалась апробована методика електрогідродинамичного розпилення рідини. Шар сульфіду міді створювався за допомогою відомої реакції заміщення (сухим методом). Верифікація товщини отриманого слою сульфіду міді проводилась з використанням відомого методу електрохімічного травлення. Для проведення дослідження фотоелектричних властивостей отриманого гетеропереходу використовувалися лише прилади, що пройшли метрологічну повірку. Для чисельних розрахунків використовувались програми написані з ви користуванням пакетів MathCad, Maple, Mathlab. Для обробки отриманих зображень використовувались мови програмування С++ та Assembler.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що:

1. Вперше розроблена, запропонована та апробована модель неідеального гетеропереходу, що базується на врахуванні порушень трансляційної симетрії кристалічної гратки в межах ОПЗ. Розроблена модель вперше дозволила з єдиних позицій розглянути комплекс традиційних і аномальних фотоелектричних явищ у неідеальних гетеропереходах.

2. Вперше встановлено, що навіть малі рівні фотозбудження призводять до значного накопичення нерівноважних носіїв на локальних рівнях поблизу гетеромежі. Це обумовлює значні зміни ходу потенціального бар'єра і напруженості електричного поля біля межі розподілу. Показано, що таке явище обумовлене зменшенням різниці енергії між рівнем Фермі і пастковими центрами поблизу гетеромежі.

3. Вперше показано, що кінетика заряду, захопленого на глибокі центри в приконтактній області асиметричних неідеальних гетеропереходів визначає характер релаксації фотоструму, генерованого в таких структурах (наявність двох ділянок - швидкої й повільної релаксації). Встановлено, що на процес релаксації фотоструму насамперед впливає зміна форми потенціального бар'єра поблизу гетеромежі при зміні профілю концентрації заряду, захопленого в ОПЗ.

4. Вперше створена теорія неідеального гетеропереходу яка пояснює спостережувані експериментально особливості його провідності в бар'єрній області з позицій тунельно-стрибкового переносу по локалізованих станах зі змінною довжиною стрибка. Розроблено нову модель рекомбінації носіїв, що рухаються по локалізованих станах на центрах гетеромежі. Розроблено новий оригінальний метод визначення тунельно-стрибкової провідності бар'єрної області гетеропереходу, що полягає в рішенні задачі одночасного визначення ходу рівня Фермі в цій області і її провідності.

5. Вперше показано, що форма ВАХ обумовлена зміною траєкторії перетинання рівнем Фермі області просторового заряду при різних напругах, а також перерозподілом падінь напруг на ОПЗ і на гетеромежі. 

6. Розроблено новий метод кількісного описання змін форми тунельно-рекомбінаційних ВАХ при фотозбудженні гетеропереходу.

7. Вперше розроблені теоретичні основи роботи перетворювача сигналів оптичного й рентгенівського зображення принципово нового типу з гетеропереходом CdS-Cu2S. Показана можливість застосування сенсора на основі неідеального гетеропереходу для реєстрації зображень, отриманих у рентгенівському діапазоні хвиль, встановлені фактори, що визначають динамічний діапазон сенсора, встановлений вплив зовнішнього зсуву на процеси накопичення і зберігання інформації.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

1. Розроблена та запропоновано модель, що дозволяє якісно й кількісно описувати комплекс фотоелектричних явищ у неідеальних гетеропереходах з неузгодженістю ґраток (> 1% - високий коефіцієнт не ідеальності), а саме малий опір гетеропереходу при нульовому зсуві, близька до лінійної залежність провідності гетеропереходу від ширини ОПЗ, незвичайна температурна й частотна залежність дійсної компоненти провідності.

2. Розроблено метод оптимізації параметрів батареї фотоелементів, включених послідовно. Метод дозволяє визначити оптимальну кількість елементів у батареї з фіксованою площею й мінімальною освітленістю, при яких досягається задана потужність.

Такий метод є універсальним і може успішно застосовуватися при розробці батарей з будь-яких, у тому числі і кремнієвих фотоелементів.

3. Розроблений і виготовлений принципово новий тип перетворювача сигналів оптичного зображення із внутрішнім посиленням на основі гетеропереходу CdS-Cu2S. Такий сенсор має також ефект довгострокової пам'яті і накопичення сигналу (до 24 годин), що істотно відрізняє його від відомих сенсорів зображення. Чутливість отриманих зразків в оптичній області становить не гірше 10-6 лкс. Висока чутливість і здатність до накопичення сигналу в сполученні з легкістю одержання перетворювача великої площі дозволить застосовувати його як сенсор зображення на великих телескопах.

4. Встановлено, що сенсор на базі неідеальної гетероструктури CdS-Cu2S чутливий до рентгенівського випромінювання і може фіксувати, запам'ятовувати і зберігати рентгенівське зображення. Встановлено, що сенсор має лінійну залежність сигналу від дози падаючого рентгенівського випромінювання. Такий сенсор може з успіхом застосовуватися замість фотоматеріалів в області медицини при рентгенографічних дослідженнях.

5. Розроблено та виготовлено установку для запису, читання й візуалізації зображень, отриманих за допомогою сенсора на основі неідеального гетеропереходу. Така установка дозволяє проводити подальші дослідження з метою вдосконалювання одержуваних сенсорів, насамперед зменшення їх неоднорідності і підвищення стабільності, а також у сполученні з розробленим сенсором може служити прототипом для датчика зображень, який може застосовуватись в області медицини або при астрономічних дослідженнях.

6. Створена універсальна програма, що дозволяє керувати процесом сканування сенсора зображення та проводити обробку отриманих даних з наступним виведенням зображення на монітор комп'ютера, а також перетворення файлу з відеоінформацією в будь-який формат, доступний стандартним програмам, що працюють із зображеннями.

7. Показано, що величина зовнішнього зсуву впливає на процеси накопичення і зберігання інформації в перетворювачі на основі гетеропереходу CdS-Сu2S. Встановлено, що для перетворювачів, оптимальними умовами для накопичення і зберігання оптичної інформації є подача невеликого, (приблизно -0.4 В), негативного зовнішнього зсуву.

Особистий внесок здобувача. Автор особисто одержав нові наукові результати досліджень, викладених в дисертації. Дисертант самостійно розробив методику проведення експериментальних і теоретичних досліджень та провів такі дослідження структури та властивостей приконтактних областей неідеальних бар’єрних структур [35], процесів збудження і струмопереносу в неідеальних гетеропереходах [5,9,20,24,32], впливу освітлення на параметри бар’єру [11]. Автор створив алгоритм розрахунку вольт-амперних характеристик таких структур і напруги холостого ходу що генерується в них [60]. На основі створених алгоритмів здобувач написав і реалізував програму таких розрахунків [27,38]. Порівняння розрахункових даних з експериментально отриманими переконливо підтвердили правильність створеної здобувачем моделі провідності неідеальних гетероструктур як в темряві, так і при освітленні [25,26,59]. Здобувачом було проведено також ряд досліджень прикладного характеру [1,6,14,22,28,42-43]. Фотоелектричні характеристики сенсорів оптичного й рентгенівського зображення, отриманих на основі неідеальних гетеропереходів[2,4,7,8,10,12,17,18,21,23,29-31,33,34,36,37,39-41,44,46-58] та процеси релаксації в таких структурах [3,13,15,16,19,45] здобувач досліджував особисто, чи разом з науковим співробітником Балабаном А.П. Результати роботи доповідалися особисто автором на численних наукових семінарах і конференціях. Аналіз отриманих експериментальних результатів а також розробка механізму струмопереносу в неідеальних гетеропереходах проводилися при участі наукового консультанта Сминтини В.А. Автором у всіх роботах сумісно із співавторами проведено постановку задачі, аналіз виявлених закономірностей та інтерпретацію експериментальних результатів, проведено підготовку робіт до друку.

Апробація результатів.

Основні результати, отримані в дисертації, доповідалися й обговорювалися на: II Всесоюзной конференции по фотоэлектрическим явлениям в полупроводниках (Ашхабад, 1991), ICSFS-6 (Paris, France,1992), IV Международная конференция по физике и технологии тонких пленок (Ивано-Франковск, 1993), ICO-16 Satellite Conf. on  Active and Adaptive Optics (Garching/Munich, Germany,1993), Third Int. Symp. on Measurmentes and Control in Robotics (Torino, Italy, 1993), Horisons de l'Optique (Palaiseau, France, 1995), IS&T/SRIE Symposium on Electronic Imaging: Science & Technology (San Jose, California, USA, 1995), 15th European Conference on Surface (Lille, France, 1995), IVth NEXUSPAN Workshop on Sensors for Control of Irradiation (Odessa, Ukraine, 1997), EUROSENSORS XI, conf (Warsaw, Poland, 1997), Перспектива ХХ1, Региональная научно техническая выставка ВУЗов г.Одессы, (Одесса, 1997), Sensor Spring time in Odessa (Одесса, 1999), SPIE Internacional Simposium on Environmental and Industrial (Boston, USA, 2001), УНКФН-1 (Одеса, 2002), IX-ой Международная конференция по физике и технологии тонких пленок (Ивано-Франковск, 2003), Датчик-2003 (Судак, 2003), EUROSENSORS XVIII Conf. (Rome, Italy, 2004), SEMST-1 (Одесса, 2004), EUROSENSORS XIX Conf. (Barcelona, Spain, 2005), Всеукраїнський зїзд «Фізика в Україні» (Одеса, 2005), SEMST-2 (Одесса, 2006), EUROSENSORS XX Conf. (Geteborg, Sweden, 2006), УНКФН-3 (Одеса, 2007), СЕМСТ-3 (Одеса, 2008), First Mediterranean Photonics Conference (Ischia-Naples, Italy, 2008), EUROSENSORS XXII Conf.- (Dresden, Germany, 2008), SEMST-4 (Одесса, 2010), Symposium on Physics and Chemistry of Nanostructures and on Nanobiotechnology (Beregove, Crimea, Ukraine, 2010), III Международная научная конференция «Функциональная компонентная база микро-, опто- и наноэлектроники (Кацивели, Крым, Украина, 2010), Луцк.

Публикації. Результати дисертації опубліковано у 60 наукових працях, у тому числі 29 статтях (всі – у фахових виданнях) і 31 матеріалах і тезах міжнародних і національних конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертація містить вступ, сім розділів, висновки, список використаних джерел. Загальний обсяг дисертації становить 261 сторінки тексту, в тому числі 231 сторінок основної текстової частини, 113 рисунків, та 243 бібліографічних найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність проблеми, що вирішується та теми дисертації. Вказано мету, задачі, об’єкт, предмет і методи дослідження, сформульовано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, показаний зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наведені дані про апробацію роботи, публікації, особистий внесок здобувача, структуру й обсяг роботи.

У першому розділі показано, що одним зі шляхів розширення функціональних можливостей елементної бази інтегрально-оптичних пристроїв є застосування приладів на гетеропереходах. Проаналізовано проблему створення на їхній основі перетворювача оптичного зображення (а, можливо, і зображення, отриманого в інших діапазонах електромагнітного випромінювання) в електричний сигнал, тобто сенсора зображень.

Проведено аналіз існуючих тенденцій розвитку датчиків оптичних і рентгенівських зображень. З розвитком комп'ютерної техніки й переходу до цифрових систем передачі, зберігання й відтворення зображень перехід до безвакуумних сенсорів зображення стає ще більш актуальним. Розробляються твердотільні матриці, що самоскануються, у яких сканування фотопровідної мішені й перетворення зарядового рельєфу у відеосигнал виробляється схемотехническими засобами. Сканування фотопровідної мішені, тобто почергове опитування осередків, і утворення відеосигналу виробляється в них не електронним променем, а електричним імпульсом, що рухається в напівпровідниковій підкладці складної будови - прилад із зарядовим зв'язком (ПЗЗ).

Пристрої формування зображення на ПЗЗ мають високу чутливість і роздільну здатність, великий динамічний діапазон (зміна освітленості на три порядки), відсутність високих напруг. Незважаючи на широке поширення ПЗЗ-фотоприймачів і вони мають недоліки - це неоднорідності чутливості по площі багатоелементного фотоприймача (плямистість зображення).

Якісно новою елементною базою для створення систем обробки інформації є використання нейристорних ліній. Їх можна застосовувати для реалізації сенсорів зображень, для комутації фотоприймачів.

Нейрокон є різновидом твердотільного перетворювача зображення, у якому використовується поширення низкоомної області (нейристорного імпульсу) уздовж рядка. Він представляє замкнуту нейристорну лінію, у якій як накопичувач інформативного заряду застосовується ємність фоточутливого шару. Нейристорна лінія являє собою ланцюжок активних елементів, що мають при пропускних напругах S- образні ВАХ і мають базову область у напрямку поширення сигналу, загальну для всіх елементів.

Технологія виготовлення нейроконов не є настільки критичною до якості елементів, як для ПЗЗ-фотоприймачів. При досить сильному зв'язку між окремими елементами нейристорної лини нейристорний імпульс може "перескакувати" через дефектний осередок, тобто якість зображення виходить досить високим. Нейрокони задовольняють стандарту розкладання зображень телебачення. Гранична чутливість їх може становити тисячні частки люкса. Низький навантажувальний опір при високій роздільній здатності дає можливість досить легко погодити вихід нейрокона із входом відеопідсилювача в мікроелектронному виконанні.

Таким чином, у цей час удосконалювання систем, що передають зображення майже винятково пов'язане з розробкою різних безвакуумних сенсорів (на основі ПЗЗ-матриць, нейристорних ліній тощо). До таких пристроїв ставиться і сенсор зображень на основі неідеальних гетеропереходів.

Показано, що в порівнянні зі згаданими вище пристроями він має цілий ряд позитивних властивостей: можливість накопичення та зберігання інформації протягом тривалого часу при кімнатній температурі, ефект внутрішнього посилення, можливість багаторазового читання записаної інформації, висока чутливістю як в оптичному, так і в рентгенівському діапазонах одночасно. Такий сенсор легко виготовити з досить більшою площею, що істотно розширює його функціональні можливості.

При читанні записаної інформації можна використовувати всі можливі способи сканування - променем читаючого світла (як у вакуумних приладах), схемним шляхом (як у ПЗЗ-матрицях) або комбінованим способом, тобто смужкою читаючого світла зі схемним перемиканням чутливих рядків.

Рис. 1 ВАХ гетеропереходу СdS-Cu2S при різних значеннях фотоємності, що відповідають різним рівням освітленості світлом з області власного поглинання СdS.

В другому розділі проведені експериментальні дослідження провідності неідеального гетеропереходу.

Детальне вивчення впливу параметрів області просторового заряду (ОПЗ) на провідність гетероструктури дуже важливо, тому що дозволяє уточнити механізм втрат у гетерофотоелементах. Особливо цікавим представляється дослідження залежності провідності бар'єрної області від її ширини у зв'язку із припущенням про тунельний характер струмопереноса.

Проаналізована можливість використання відомого ефекту впливу освітлення на ширину ОПЗ для визначення механізму її провідності. Для цього вимірювались залежності провідності зразка на постійному та змінному струмі від фотоємності (яка однозначно залежала від ширини області просторового заряду) у відсутності зсуву.

ВАХ гетеропереходу СdS-Cu2S при освітленні його світлом з λ < 620 нм представлені на рис. 1. Кривим, виміряним при різних рівнях освітлення, відповідають різні значення фотоємності гетеропереходу. Добре видно, що з ростом фотоємності й, отже, зменшенням ширини бар'єра провідність зразка суттєво зростає. Тому пояснити спостережувані зміни ВАХ без припущення про збільшення провідності бар'єра важко.

Досліджувалось також залежності провідності зразка на змінному струмі від фотоємності у відсутності зсуву. В останньому випадку вимірювання активної складової частини провідності виконувалося методом компенсації мостом змінного струму, яким також вимірювалась ємність переходу. Для кожного значення фотоємності, можна легко розрахувати ширину бар'єра й побудувати залежність провідності або опору бар'єра безпосередньо від його довжини (рис.2). Добре видно, що зі збільшенням ширини ОПЗ її опір як на постійному (крива 2), так і на змінному (крива 1) струмі зростає.

Рис. 2 Залежність опору гетеропереходу Сd-Cu2S на постійному (крива 2) і змінному (крива 1) струмі.

При слабкому освітленні (малої фотоємності) вольтамперна характеристика має великий диференціальний опір, у відсутності зсуву струм зростає, залишаючись, однак, на змінному струмі істотно меншим стаціонарного значення, що досить характерно для тунельно-стрибкового механізму переносу. Наведені криві не є експонентами, а виявляють набагато більше слабку залежність, що наближається скоріше до лінійної, що також свідчить скоріше про багатоступінчастий механізм переносу, чим про пряме тунелювання.

Процесами, що протікають в ОПЗ, можна якісно пояснити різноманіття спостережуваних спектральних характеристик Сd-Cu2S. Однак, строга кількісна інтерпретація і зв'язок з такими параметрами шару Cu2S (де відбувається генерація) як дифузійна довжина, геометричні розміри для кожної конкретно спектральної залежності коефіцієнта поглинання виявляється досить складною. Проте, встановлено, що такий важливий параметр, як дифузійна довжина неосновних носіїв в Cu2S, все-таки можна визначити, досліджуючи спектральні характеристики.

Графіки залежності провідності гетерофотоелемента Сd-Cu2S на постійному і змінному струмі від величини прикладеного зсуву при різних рівнях освітленості наведені на рис.3. Хоча при зростанні інтенсивності освітлення провідність збільшується завжди, однак це зростання для великих і малих зсувів може бути обумовлене різними причинами. З рис.3 видно, що при досить великих зсувах провідність на постійному й змінному струмі відрізняється набагато менше, ніж при малих. Це може свідчити про те, що зі збільшенням зовнішньої постійної напруги в обмеженні струму істотну роль починає грати послідовний опір базового шару CdS, провідність якого обумовлена вільними носіями і не пов'язана з переносом заряду по локалізованих станах, а тому не залежить від частоти вимірюваного сигналу. Про це також свідчить насичення характеристик G=G(U) при близьких до значення величини бар'єра зсувах. При більших інтенсивностях збуджуючого світла перехід до омічної залежності струму від напруги відбувається при більш низьких зсувах. Ріст провідності при освітленні для більших напруг обумовлений збільшенням провідності базового шару CdS, а для малих - ростом провідності бар'єрної області за рахунок зменшення ширини ОПЗ. При відсутності зсуву різниця між провідністю на постійному й змінному струмі максимальна, тому що в цьому випадку струм, що протікає, визначається майже винятково бар'єром, провідність якого може бути обумовлена частотно-залежним механізмом переносу по локалізованих

Рис. 3. Залежність провідності на постійному (суцільні криві) і змінному (штрихові криві) струмі від величини позитивного зсуву при різних рівнях підсвічування (1 і 1а - 100 відн.од.; 2 і 2а - 20 відн.од.; 3 і 3 а - 2 відн.од.).

станах.

Таким чином, провідність при відносно невеликих зсувах залежить не тільки від висоти, але й від ширини бар'єра і може визначатися тунельно-рекомбінаційним механізмом переносу.

Провідність гетероструктури CdS-Cu2S як на постійному, так і на змінному струмі сильно залежить від параметрів бар'єра, які можуть мінятися під дією освітлення. Така залежність може свідчити про перевагу тунельно-рекомбінаційних механізмів переносу. Це також підтверджується видом температурних і частотних залежностей провідності фотоелементів CdS-Cu2S, характерним для такого механізму переносу.

У третьому розділі для пояснення особливостей вольтамперних характеристик реальних гетеропереходів була використана модель тунельно-рекомбінаційного струмопереносу на основі теорії Мотта руху носіїв по локалізованих станах. Для омічного режиму стрибкової провідності, що реалізується уздовж рівня Фермі зі змінною довжиною стрибка, імовірність стрибка W складе

                                   W=f2υphехр(-2αR')    (1)

Тут R' — довжина найбільш імовірного стрибка, яка визначається зі співвідношення

                                  (2)

де α(Ect) - коефіцієнт, що характеризує ступінь локалізації станів, по яких здійснюється струмоперенос, N (EF) - щільність станів на рівні Фермі (EF - енергетична відстань від рівня Фермі до дна зони провідності), f2υph - передекспоненціальний множник, що визначає взаємозв'язок тунельного переходу електрона між локалізованими станами з фононами, гранична частота яких υph. В (2):

                           α(Ect)=α0ħ-1(2m Ect)1/2     (3)

                           (4)

де ћ - постійна Планка, m* — ефективна маса електрона, α0, N0, E0, В0 - константи, а енергетична відстань до дна з-зони Ect виражається в координатах, прийнятих у даній роботі в такий спосіб: Ect0+ΔF0-E, де φ0 - висота бар'єра гетеропереходу, ΔF0 - енергетична глибина залягання рівня Фермі у квазінейтральній області. Величина постійної В0 згідно різних джерел лежить в інтервалі 1.77—2.5. Мотт і Дэвис з геометричних міркувань одержали B0=1.65. Це значення прийняте і в даній роботі.

Показано, що провідність, обумовлена носіями, що рухаються по локалізованих станах визначається не тільки власно провідністю ОПЗ, але й швидкістю їхньої рекомбінації на гетеромежі.

Беручи до уваги обмеження струму процесами туннельно-стрибкового струмопереносу в ОПЗ і рекомбінації на гетеромежі, ВАХ можна одержати з рішення системи рівнянь:

                                   (5)

де

                       (6)

                        (7)

Тут Uσ і Gσ – падіння прикладеної до зразка напруги в ОПЗ і її провідність, Ur і Gr  падіння напруги на гетеромежі і її ефективна провідність, σr і Nr - перетин захоплення центрів рекомбінації на гетеромежі і їх поверхнева концентрація, ω - ширина ОПЗ, U - напруга, прикладена до гетеропереходу. З виражень (5)-(7) слідує, що при рішенні ззадачі про струмопереніс уздовж рівня Фермі особливе значення має визначення його справжнього ходу в межах контактної області. У даній роботі враховується, що зміна енергії, яка відповідає рівню Фермі dF(х), з координатою х буде пропорційна опору в даній точці х або обернено пропорційна питомої провідності σ(х). Сама функція F (х) пропорційна повному опору частини ОПЗ від 0 до х; або обернено пропорційна повній провідності Gσ(х) тієї ж ділянки ОПЗ. Приймаючи F (0)=eUr і, отже, F )=eU, одержимо

                                         (8)

Точний хід рівня Фермі в межах забороненої зони напівпровідника визначається виразом (8) і формою потенціального бар'єра φ(х)

                                  (9)

Хід потенціального бар'єра φ(х) залежить тільки від поданого зсуву eU, а також від величини ΔF0 і виражається відомою квадратичною формулою

                              (10)

Використовуючи (8) і (10), з (9) одержимо вираження для EF(x), необхідне для обчислення точного ходу рівня Фермі при розрахунку ВАХ по системі (5). Неважко бачити, що EF(x), що входить під знаком інтеграла в (6), і Gσ(х) самоузгоджені. Таким чином, для визначення Gσ(ω) необхідно вирішити інтегральне рівняння (6), загальний вид якого

                                  (11)

Відомо, що таке нелінійне інтегральне рівняння Вольтерра II роду має єдине рішення. Це рішення залежить від Uσ і Ur як від параметрів, тому необхідно для заданої напруги U знайти таке значення при якому рішення рівняння (6) задовольняло б системі (5), що потребує багаторазового рішення (6) при різних Uσ. Рішення інтегрального рівняння (6) проводилося методом простих ітерацій, причому в якості початкового наближення приймалася функція Uσ(U=0), тому що при U=0 F(x)≡0 і EF(x)=φ(х). Такий вибір початкового наближення дозволив одержати швидке сходження при порівняно невеликому числі ітерацій.

У роботі розглянуто два типових випадки.

1. Швидкість рекомбінації на границі розподілу настільки велика, що струм, що протікає через гетероперехід, нею не обмежується (тобто в (5) Nrσr  ∞). У цьому випадку Ur=0, Uσ= U і струм визначається тільки процесами переносу в ОПЗ:

J = GσU.     (12)

Рішення такої задачі зводиться до визначення Gσ з інтегрального рівняння (6) при заданих U. При рішенні приймалося Т=300 К, φ0=1.0 еВ, ΔF0=0.1 еВ, vph=1012 с-1, f=1.5• 10-3, N0=1021 см-3.еВ-1.

На рис. 4а наведений розрахований для цього випадку хід рівня Фермі в бар'єрній області при різних зсувах. Вся прикладена до гетеропереходу напруга падає в межах ОПЗ, і рівень Фермі проходить там всю енергетичну відстань від 0 до еU, будучи істотно нелінійною функцією координати х. Розрахована вольтамперна характеристика для струму, обмеженого тільки областю просторового заряду, наведена на рис. 5 (крива 1). Для неї характерні високий коефіцієнт неідеальності (η=4.4), малий коефіцієнт випрямлення й малий диференціальний опір при U=0. Нелінійність ВАХ визначається зміною траєкторії перетинання рівнем Фермі забороненої зони напівпровідника в ОПЗ при різних напругах. Такі ВАХ часто спостерігаються експериментально в тонкоплівкових гетеропереходних структурах.

Рис. 4. Залежність функції φ(х) (суцільні криві) і ходу рівня Фермі (штрихпунктирні) від прикладеної до ГП напруги.

а – випадок необмеженої швидкості поверхневої рекомбінації; б - випадок обмеженої швидкості поверхневої рекомбінації.

2. Швидкість поверхневої рекомбінації обмежена, і цей процес також вносить обмеження в струм що протікає через гетероперехід. У цьому випадку Ur≠0, U=Uσ+Ur і струм визначається з рішення системи (5). Розрахований для кінцевої швидкості поверхневої рекомбінації

(Nr=2·1012см-2, σr= 10-15 см2) хід рівня Фермі наведено на рис. 4, б. Видно, що при малих зсувах переважає падіння напруги біля межі розподілу, а зі зростанням U перерозподіл падінь напруг зміщується на користь ОПЗ (Uσ). Як показують розрахунки, з ростом Ur зростання Gr майже експоненциально, що обумовлює зменшення впливу поверхневої рекомбінації на струм, що протікає, при великих зсувах.

Вольтамперна характеристика, що відповідає цьому випадку, наведена на рис. 5 (крива 2). Коефіцієнт випрямлення значно вище, і параметр неідеальності зменшується до 2.5.

Як видно з рис. 4, б, при негативних зсувах рівень Фермі проходить ближче до середини забороненої зони й перетинає локалізовані стани з меншою концентрацією й більшим ступенем локалізації. Зменшення в цих умовах імовірності тунельного переходу електронів між локалізованими станами і визначає малий зворотний струм гетеропереходу.

Рис. 5. Розрахункові ВАХ неідеального ГП для необмеженої (1) і обмеженої (2) швидкостей поверхневої рекомбінації

Криві, представлені на рис. 5, свідчать про те, що вольтамперні характеристики істотно різняться для випадків обмеженої і необмеженої швидкості рекомбінації на гетеромежі. Обоє ці випадки реалізуються для різних реальних гетеропереходів. Зменшення тунельно-рекомбінаційного струму за рахунок кінцевої швидкості рекомбінації на гетеромежі веде до зниження втрат і, отже, до поліпшення електрофізичних параметрів приладів.

Розглянутий тунельно-рекомбінаційний механізм струмопереносу дозволяє розраховувати вольтамперні характеристики неідеальних гетеропереходів з великою концентрацією локалізованих станів в ОПЗ, використовуючи мікропараметри гетеропереходу (σr, Nr, N (Е) тощо) і не прибігаючи до введення феноменологічних констант.

Відзначимо, що в деяких випадках з різким затуханням функції N (Е) завдання спрощується і має аналітичне рішення. Однак у реальних умовах реалізуються більш складні ситуації, коли щільність локалізованих станів залежить не тільки від енергії, але й від відстані до гетеромежі. При деяких параметрах ГП локальна неомічність в області сильних полів може виявитися істотною. Послідовний облік цих особливостей у рамках пропонованого в справжній роботі методу розрахунку ВАХ дозволяє вирішити задачу про струмоперенос в неідеальній гетероструктурі.

У четвертому розділі наведені результати дослідження впливу освітлення на провідність неідеального гетеропереходу, виконані розрахунки ВАХ неідеального гетеропереходу в умовах освітлення.

Відомо, що в умовах освітлення форма потенціального бар'єра неідеального гетеропереходу істотно міняється за рахунок захоплення фотозбуджених носіїв на глибокі пасткові центри в ОПЗ такої структури. Це повинно впливати на тунельно-стрибкову провідність ОПЗ. Оскільки деякі неідеальні гетеропереходи можуть використовуватися в якості різних фотоелектричних приладів, то дослідження такого впливу при наявності зовнішнього зсуву (тобто залежності провідності неідеального гетеропереходу від ходу потенціалу в ОПЗ в умовах фотозбудження при наявності зовнішнього зсуву) представляється актуальним.

Показано, що в цьому випадку функція φ(х) істотно залежить від умов освітлення і визначається вираженням:

     (13)

де . Тут k – постійна Больцмана, T – температура, ND – концентрація донорних центрів, що визначають хід потенціального бар'єра в умовах відсутності освітлення. Параметр р0, що входить в (13) являє собою концентрацію дірок, захоплених у квазінейтральній області (при x > ω), причому її можна визначити, знаючи характер розподілу цієї концентрації

                               (14)

і середнє значення нерівноважного заряду , захопленого на пастки в межах ОПЗ, яке може бути визначене по значенню фотоємності (СL). Вимірявши ємність гетеропереходу у темряві (CD) і його фотоємність CL при різних інтенсивностях збуджуючого світла можна визначити відповідну кожної із цих ємностей ширину бар'єрної області просторового заряду D,CL), а значить і величини ND і pt(CD,CL). Оскільки величина середнього захопленого в ОПЗ нерівноважного заряду пов'язана з р(х) співвідношенням:

                                             (15)

Визначивши pt(CD,CL) з (15) з урахуванням (14) для кожного значення фотоємності СL, а виходить, і для кожної величини інтенсивності збуджуючого світла можна обчислити відповідне значення вхідного параметра р0, що входить в (13).

Тому ВАХ, обумовлена GσL, буде визначатися, крім інших параметрів, також величиною фотоємності GσL = GσL(U,CL).

При обчисленні вольт-амперної характеристики освітленого гетеропереходу спочатку, як і в розділі 3, було розглянуто граничний випадок, коли струм визначається тільки опором ОПЗ, тобто швидкість рекомбінації на границі розподілу настільки велика, що протікаючий через гетероперехід тунельно-рекомбінаційний струм нею не обмежується.

На рис. 6 наведені темнова ВАХ і вольтамперні характеристики, розраховані при різних значеннях фотоємності гетеропереходу, що відповідає різним рівням його освітленості. При чисельному рішенні задачі параметри приймалися рівними Т = 300 к, φ0 = 1 еВ, ΔF0 = 0.1 еВ, ND = 1015 см-3 (відповідає CD = 7.6 нФ або ωD = 1 мкм). Відзначимо, що на рис. 6 показані тільки струми, пов'язані із провідністю гетеропереходу. Для зручності порівняння ВАХ у темряві з ВАХ, вимірюваними при освітленні, фотострум і фото-ЕРС, що генеровані гетеропереходом, не вводилися в розрахункову модель і, отже, всі криві проходять через точку U=0, j=0.

Рис. 6. ВАХ освітленого

гетеропереходу для необмеженої швидкості рекомбінації на  гетеромежі, розраховані при  значенні фотоємності СL, нФ: 1 – 15, 2 – 40. Пунктиром показана ВАХ у темряві.

Рис. 7. ВАХ неідеального гетеропереходу для випадку обмеженої швидкості рекомбінації на гетеромежі, розраховані при значеннях фотоємності СL, нФ: 1 – 15, 2 – 30, 3 – 60. Пунктиром показана ВАХ у темряві.

Як видно з рис. 6 при великій швидкості поверхневої рекомбінації, коли струм визначається тільки провідністю ОПЗ, для ВАХ характерні сильна залежність від фотоємності диференціального опору (особливо при U=0), коефіцієнта випрямлення й коефіцієнта неідеальності. З ростом освітленості невеликі по величині коефіцієнт випрямлення й диференціальний опір стають ще меншими, а високий (~ 4.4) для темнової ВАХ коефіцієнт неідеальності збільшується до значення ~ 10.

Виміряні при освітленні вольтамперні характеристики такого типу спостерігалися експериментально в багатьох тонкоплівкових гетерофотоелементах CdS-Cu2S. Малий еквівалентний шунтуючий опір переходу обумовлений значною стрибковою провідністю ОПЗ, ширина і форма якої сильно залежать від фотоємності, а значить, і від освітлення. При досить великій швидкості поверхневої рекомбінації ОПЗ повністю контролює струм через гетероперехід. Тому що в освітленому гетеропереході еквівалентний шунтуючий опір малий для будь-яких зсувів, це може приводити до досить низьких значень напруги холостого ходу в таких гетерофотоелементах.

Якщо швидкість поверхневої рекомбінації на гетерограниці обмежена, то процес рекомбінації там вносить обмеження в струм, що протікає через гетероперехід.

Вольтамперні характеристики, розраховані при Nr=2 1016 см2, σr = 10-15 см2 в темноті и при освітленні показані на рис. 7. Для них характерний більш високий диференціальний опір при малих зсувах (U <0.3 В), слабка залежність від фотоємності і відносно. Коефіцієнт випрямлення тут значно вищий, ніж для випадку Urσr → ∞, і слабо залежить від фотоємності.

Таким чином, у четвертому розділі розраховані ВАХ освітленого гетеропереходу з урахуванням зміни ширини і форми потенціального бар'єра при освітленні фотоелемента. Запропоновані механізми токопереносу через ОПЗ освітленого неідеального гетеропереходу добре пояснюють спостерігаємі експериментально особливості вольтамперних характеристик такого гетеропереходу.

У п'ятому розділі досліджена можливість застосування неідеальних гетероструктур для створення сенсорів оптичного зображення нового типу.

Таке використання гетеропереходу CdS-Cu2S пов'язане з ефектом впливу короткохвильового підсвічування на струм короткого замикання, генерований довгохвильовим світлом. Як відзначалося в четвертому розділі, при освітленні гетеропереходу світлом з області власного або домішкового поглинання CdS, у якому зосереджена вся ОПЗ, фотогенеровані дірки, захоплюючись на присутні в області просторового заряду пастки, зменшують тим самим ширину цієї області і сильно, змінюють форму потенціального бар'єра. Це приводить до різкого зменшення на гетеромежі рекомбінаційних втрат носіїв, генерованих в Cu2S. Таким чином, за допомогою короткохвильового підсвічування малої інтенсивності можна управляти великим потоком носіїв, генерованих в Cu2S більш довгохвильовим світлом.

Отримані експериментальні дані свідчать, що гетероструктура CdS-Cu2S має високу чутливість до світла з області власного поглинання CdS. Це пов'язане із внутрішнім посиленням, тому що кванти короткохвильового світла, не створюють потік носіїв, а лише модулюють потік носіїв, генерований в Cu2S довгохвильовим світлом, який служить джерелом енергії. Коефіцієнт підсилення такого фотоприймача, як показують виміри, досить великий. Чутливість даної системи в області інтенсивності підсвічування 1.0-10 лкс становить 1 мА/лкс. Квантова ефективність такого фотоприймача в області краю власного поглинання CdS близька до одиниці, в області домішкового поглинання - істотно менше. Динамічний діапазон невеликий, тому що насичення характеристики наступає при порівняно слабких інтенсивностях. Однак, висока чутливість приладу в області дуже низьких рівнів освітлення дозволяє використовувати його для реєстрації слабких світлових сигналів. Система має властивість копичення і пам'яті, тому максимальна чутливість досягається при досить великому часі реєстрації (~1 хв).

Показано, що прилад може працювати у всій області видимого спектра, хоча й з різною чутливістю. Це дозволяє одержати 3 кольоровідділених зображення в основних кольорах і тим самим сформувати кольоровий відеосигнал.

Розроблений і виготовлений у даній дисертаційній роботі сенсор зображення являє собою тонкоплівковий гетероперехід CdS-Cu2S. Контактом до сульфіду кадмію служить суцільний прозорий провідний шар двоокису олова, нанесений на скляну підкладку розміром 50х25мм. Для кращого контакту із зовнішніми пристроями з боку більш вузької сторони підкладки на двоокис олова наносилася смужка індію шириною 1-2мм. Контакт до сульфіду міді являє собою мідну плівку із притиснутою до неї золотою сіткою. Розмір фоточутливої поверхні сенсора визначається розміром шару сульфіду міді (42х25мм).

При такій конструкції сенсора запис зображення і його читання можливо робити тільки з боку сульфіду кадмію.

Після експозиції зразок встановлювався на скануючому пристрої для читання інформації. Зразок сканувався інфрачервоним світлом (джерелом якого був світлодіод), через оптичну систему, встановлену на двохкоординатному самописному потенціометрі, на входи X і Y якого подавалися керуючі напруги від цифроаналогових перетворювачів (ЦАП), керованих контролером. По закінченні читання кадру накопичена інформація передавалася в комп'ютер.

Кадр на вибір міг мати розмір 128х128 пікселів або 256х256 пікселів. Час читання одного кадру становив коло 3-х хвилин.

Зрозуміло, що пристрій, який читає з такою швидкістю може застосовуватися винятково з метою дослідження можливостей перетворювача по передачі зображення.

Таким чином, у дисертаційній роботі теоретично показано і експериментально підтверджено, що процес керування рекомбінацією генерованих в Cu2S носіїв на гетеромежі дає можливість застосування гетеропереходу CdS-Cu2S для одержання перетворювача оптичного зображення в електричний сигнал із внутрішнім посиленням, виготовлення сенсору і читаючого пристрою, які дозволяють одержувати зображення 256х256 пікселів.

У шостому розділі наведені результати досліджень релаксації сигналу сенсора зображень на основі неідеального гетеропереходу. Такі дослідження є актуальними тому що саме процеси релаксації визначають здатність сенсора до накопичення та зберігання інформації.

В розділі були докладно розглянуті всі можливі механізми видалення нерівноважного заряду з ОПЗ неідеального гетеропереходу.

Зображення в сенсорі на основі неідеального гетеропереходу сформовано нерівноважним зарядом, захопленим на глибокі пастки в ОПЗ, де є значний рекомбінаційний бар'єр, що перешкоджає рекомбінації захопленого заряду з вільними носіями. Таким чином, можна припускати, що приховане зображення навіть при кімнатній температурі може зберігатися в даному сенсорі досить довго. Проте, викид нерівновагого заряду з ОПЗ має місце й може визначатися різними механізмами.

Рис. 8 Експериментальні дослідження релаксації сигналу сенсора зображення при різних температурах. 1–T=15°C, 2–T=25°C, 3–T=40°C, 4–T=60°C, Криві побудовані в напівлогарифмічному масштабі.

Показано, що можливі чотири шляхи видалення захоплених на пастки дірок з бар'єрної області неідеального гетеропереходу. Поряд з термічним викидом в V-зону існує ймовірність безпосереднього тунельного переходу дірок з пасткових центрів в V-зону вузькозонного напівпровідника. Можливий також двоступінчастий процес тунелювання електронів із квазінейтральної області в область просторового заряду з наступною рекомбінацією цих електронів з нерівноважним дірками, захопленими на пастки. Необхідно врахувати також тунельно-стрибково-рекомбінаційний механізм.

Отримані криві релаксації сигналу досліджуваного сенсора показали, що вони мають дві чітко виражених ділянки - швидкої й повільної релаксації.

Для уточнення механізму викиду нерівноважного заряду з ОПЗ на різних стадіях релаксації виміри були проведені при декількох фіксованих значеннях температур у діапазоні від 15 до 60 С. З рис.8 добре видно, що ділянки (II), спрямляються в напівлогарифмічних координатах і, отже, мають експонентний характер. Це значить, що кожна така ділянка, характеризується деякою постійною часу релаксації, що зменшується з ростом температури, причому релаксація струму на ділянці (II) адекватно описується формулами отриманими при врахуванні тільки термічного механізму видалення носіїв із глибоких центрів.

Що стосується ділянки (I) спаду фотоструму, те його величина й нахил від температури майже не залежить, що свідчить про реалізацію на цій ділянці механізму релаксації фотоструму який не пов'язаний з термічним викидом.

Спочатку розрахунок залежності від часу струму короткого замикання сенсора після вимикання збуджуючого світла був зроблений при декількох значеннях температури з урахуванням тільки механізму термічного викиду.

Розрахункові криві задовільно збігаються з експериментальними на ділянці повільної фази релаксації (ділянка II).

Постійна часу релаксації для розрахункових і експериментальних кривих виявляє однакову температурну залежність. Таким чином, релаксація струму на даній ділянці обумовлена винятково термічним викидом заряду з глибоких діркових пасток.

Рис.9 Релаксація сигналу сенсора зображень, розрахована при різних температурах з врахуванням тунельних процесів. 1–T=15°C, 2–T=25°C, 3–T=40°C, 4–T=60°C, Nt=1017-3

Найкращий збіг розрахункових і експериментальних значень було досягнуто, при наступній парі параметрів, що характеризують глибокі пастковіцентри - Spt =3*10-4см2, Et=0.38еВ. Ці параметри для таких центрів є характерними.

В розділі була проведена оцінка внеску, що дають тунельні механізми в процес релаксації захопленого заряду.

Розрахунки показують, що з урахуванням тунельного механізму викиду криві релаксації струму короткого замикання будуть виглядати так, як це показано на рис. 9. Як видно з рисунка, криві релаксації мають ті ж характерні риси, що і криві отримані експериментально (рис.8) - це ділянка швидкої релаксації не залежна від температури й ділянка, обумовлена термічним викидом з характерною температурною залежністю постійною часу релаксації.

Таким чином встановлено, що повільна релаксація визначається в основному процесами термічного викиду локалізованого заряду із центрів захоплення, а швидка релаксація обумовлена в першу чергу тунельним механізмом викиду.

Неоднорідність чутливості сенсора уздовж поверхні може визначатися наявністю пасткових центрів з різними параметрами (глибиною залягання, перетином захоплення) або різною концентрацією пасткових центрів одного типу з незмінним τ0 уздовж поверхні. Показано, що одержавши експериментальні дані релаксації сигналу в різних точках сенсора можна визначити характер неоднорідності, що приводить до зміни фоточутливості уздовж поверхні.

Такі дослідження релаксації сигналу було виконано в чотирьох точках сенсора. Встановлено, що в різних точках сигнал убуває з одним і тим же характерним часом релаксації τ0, однак сильно відрізняється по абсолютній величині. Це, свідчить про те, що неоднорідність сенсора по фоточутливості викликана суттєвою зміною уздовж поверхні концентрації пасткових центрів з тими самими параметрами, що визначають імовірність термічного викиду (глибина залягання, перетин захоплення), а захоплення нерівновагого заряду в ОПЗ здійснюється на один тип пасток. Таким чином, можна зробити висновок, що позитивний заряд, захоплений в області просторового заряду локалізований на пасткових центрах з одною глибиною залягання, причому встановлено, що енергетична відстань цього рівня від стелі валентної зони становить 0.38еВ, що добре погоджується з літературними даними.

Таким чином, пояснена природа механізму формування неоднорідності фоточутливості в розглянутому сенсорі.

У сьомому розділі наведено результати досліджень характеристик сенсора на основі неідеального гетеропереходу та можливостей його практичного застосування.

Описано розроблені методи комп'ютерної обробки сигналу для підвищення якості зображень, одержаних за допомогою досліджуваного сенсора.

Для того, щоб одержати якісні зображення необхідно перебороти фактор неоднорідності. Із цією метою була створена універсальна програма, що дозволяє керувати процесом сканування сенсора зображення та проводити обробку отриманих даних з наступним виведенням зображення на монітор комп'ютера, а також перетворення файлу з відеоінформацією в будь-який формат, доступний стандартним програмам, що працюють із зображеннями.

Для подолання фактора неоднорідності необхідно одержати додаткову інформацію, що характеризує значення струму в темряві та фоточутливості в кожній точці поверхні перетворювача. З цією метою в першу чергу проводиться сканування сенсора в рівноважному (темновому) стані, в результаті чого програма створює файл даних що характеризує значення темнового струму в кожній точці сенсора і зберігає його в пам'яті комп'ютера Наступний етап - сканування зразка, освітленого однорідним білим світлом, у результаті чого одержується інформація про фоточутливість сенсору в кожній точці. Знову привівши сенсор у рівноважний стан можна зробити експозицію його поверхні яким-небудь зображенням, і після сканування, одержати дані про величину відеосигналу в кожній його точці. Тепер є всі необхідні дані для наступної обробки зображення. Варто мати на увазі, що отримана додаткова інформація є індивідуальною характеристикою даного сенсора й може постійно використовуватися при обробці зображень, одержуваних з його допомогою.

В розділі представлені результати роботи модуля візуалізації розробленої програми на різних етапах обробки даних. Отримані, наприклад, достатньо якісні зображення зоряного неба шляхом експонування сенсора на телескопі (рефракторі) астрономічної обсерваторії Одеського національного університету ім. И.И.Мечникова.

Досліджено також застосування сенсора на основі неідеального гетеропереходу для реєстрації рентгенівських зображень.

Відомо, що дія рентгенівських променів, подібно видимим, приводить до появи нерівноважних носіїв, що може бути використане для одержання зображень у рентгенівських променях. Однак, товщина шару сульфіду кадмію, досить тонка і становить не більше 10 мкм. Тому поглинання рентгенівських променів в сенсорі може виявитись недостатньою і відповідь на питання про використання даного перетворювача в рентгенівському діапазоні не є очевидною.

Для дослідження цього питання в якості джерела рентгенівських променів була використана медична установка, що дає м'яке рентгенівське випромінювання. Доза, одержувана за допомогою такої установки, становить не більше 100 милірентген.

Показано, що залежність амплітуди відеосигналу від дози рентгенівського випромінювання залишається лінійною, принаймні в дослідженому діапазоні від 20 до 100 мілірентген.

Щоб дослідити можливості зразка для застосування його як датчика рентгенівського зображення була використана звичайна мікросхема в стандартному пластмасовому корпусі. На ріс.10 представлені всі етапи обробки зображення, отриманого в рентгенівських променях. При повторному скануванні, яке проводилося через 30 хвилин після попереднього, з'ясувалося, що в цьому випадку немає розпливання зображення, а якість його залишилося задовільним, незважаючи на зменшення сигналу, яке в різних точках зразка відбувалося з різною швидкістю. Таким чином, позитивні властивості, такі, як пам'ять і накопичення сигналу при кімнатній температурі, властиві досліджуваному сенсору при реєстрації зображень у видимих променях, мають місце і для зображень, одержуваних у рентгенівському діапазоні

Рис. 10. Зображення, отримане в рентгенівських променях за допомогою сенсора на основі неідеального гетероперехода: а - необроблене зображення, b - рівноважний стан, c - WHITE нерівноважний стан після впливу однорідним потоком рентгенівських променів, d - результат обробки зображення.

На рис 11 наведене оброблене зображення у двох проекціях раковини равлика, отриманий у рентгенівських променях на медичній установці, призначеної для рентгенівських знімків зубів. Доза випромінювання при цьому становила 50 миллирентген.

Отже, результати досліджень, демонструють чутливість сенсору до м'якого рентгенівського випромінювання що робить можливим його застосування в медицині, а також у кристалографії.

Рис. 11 Зображення у двох проекціях раковини равлика в рентгенівських променях, отримане з роздрібною здатністю 250х250 пікселів.

В розділі також наведені результати досліджень факторів, що визначають динамічний діапазон сенсора зображення на основі неідеального гетеропереходу. Експериментально встановлено, що при насиченні сигналу не відбувається повного заповнення пасткових центрів в ОПЗ, тому цей ефект не може визначати динамічний діапазон. Показано, що динамічний діапазон сенсора визначається тим, що починаючи з деякого рівня освітленості гетеропереходу дрейфова швидкість носіїв на гетеромежі стає настільки велика, що всі електрони генеровані в Cu2S перетинають її без рекомбінації. Тому подальше збільшення сигналу при зростанні освітленості не відбувається. Для збільшення динамічного діапазону в сенсорі необхідно застосовувати більше високоомний широкозонний матеріал.

Встановлено, що ефект накопичення й тривалого зберігання інформації сенсорами зображення на основі неідеального гетеропереходу дозволяє описати отриманий сенсор за допомогою типових параметрів сенситометрії, як це прийнято для фотоматеріалів. Результати дослідження сенситометричних характеристик сенсорів на основі неідеального гетеропереходу показали, що отримані перетворювачі можна характеризувати як зелено чутливі,  причому коефіцієнт контрастності досліджуваного перетворювача зображення становить =0.55, а фоточутливість 16 одиниць ASA.

Розглянуто вплив зовнішнього зсуву на характер наростання і релаксацію сигналу сенсору. Процеси наростання сигналу досліджувалися при безперервному збудженні фотоперетворювача світлом з λ=520 нм. При дослідженні характеру спаду сигналу зразок спочатку освітлювався потужним спалахом білого світла (при відсутності зовнішнього зсуву). Реєстрація сигналу проводилась по величині імпульсів на екрані осцилографа при освітленні сенсора імпульсами ІЧ-світла. Реєстрація імпульсів проводилась у відсутності зовнішнього зсуву.

Експериментальні та теоретичні дані показують, що величина зовнішнього зсуву впливає на процеси накопичення і зберігання інформації в перетворювачі на основі гетеропереходу CdS-Сu2S. Показано, що для перетворювачів, оптимальними умовами для накопичення і зберігання оптичної інформації є подача невеликого, (приблизно -0.4 В), негативного зовнішнього зсуву.

ВИСНОВКИ.

Проведені дослідження у сукупності вирішують проблему розробки теорії збудження і переносу нерівноважних носіїв струму в істотно неоднорідних структурах - неідеальних гетеропереходах, на основі таких структур розроблено і створено ефективні сенсори оптичного і рентгенівського зображення нового типу та вперше отримані такі основні результати:

1. Розробена й апробована модель неідеальної гетероструктури. Ця модель основана на урахуванні порушення далекого порядку кристалічної гратки в областях, що прилягають до гетеромежі. Така модель дозволила розглянути комплекс фотоелектричних явищ у неідеальних гетеропереходах з єдиних позицій.

2. Встановлено, що невеликі рівні фотозбудження призводять до значного накопичення нерівноважних носіїв на локальних рівнях поблизу гетеромежі, що обумовлює значні зміни ходу потенціального бар'єра і напруженості електричного поля біля межі розподілу. Встановлено, що фізична причина такого явища є зменшення різниці енергії між рівнем Фермі і пастковими центрами поблизу гетеромежі.

3. Показано, що кінетика нерівноважного заряду, фіксованого на глибоких центрах в області біля межі розподілу неідеальних асиметричних гетероструктур може визначати особливості релаксації фотоструму, генерованого в таких структурах (наявність двох ділянок - швидкої й повільної релаксації). Встановлено, що на процес релаксації фотоструму насамперед впливає зміна форми потенціального бар'єра поблизу гетеромежі при зміні профілю концентрації заряду, захопленого в ОПЗ.

4. Створена теоретична модель неідеальної гетероструктури яка пояснює особливості механізма його провідності в бар'єрній області, що спостерігалась експериментально. Така модель базується на можливості тунельно-стрибкового переносу по локалізованих станах. Розроблено нову модель рекомбінації носіїв, що рухаються по локалізованих станах на центрах гетеромежі. Розроблено новий метод визначення тунельно-стрибкової провідності бар'єрної області гетеропереходу, що полягає в рішенні задачі одночасного визначення ходу рівня Фермі в цій області і її провідності.

5. Розроблено оригінальний метод кількісного описання змін форми тунельно-рекомбінаційних ВАХ при фотозбудженні гетеропереходу. Показано, що форма ВАХ обумовлена зміною траєкторії перетинання рівнем Фермі області просторового заряду при різних напругах, а також перерозподілом падінь напруг на ОПЗ і на гетеромежі.

6. Розроблені теоретичні основи роботи перетворювача оптичного зображення в електричний сигнал принципово нового типу з гетеропереходом CdS-Cu2S. Встановлені фактори, що визначають динамічний діапазон сенсора, визначений вплив зовнішнього зсуву на процеси накопичення і зберігання інформації.

7. Створено метод оптимізації параметрів батареї фотоелементів, які включені послідовно. Метод дозволяє визначити оптимальну кількість елементів у батареї з фіксованою площею й мінімальною освітленістю, при яких досягається задана потужність.

Такий метод є універсальним і може успішно застосовуватися при розробці батарей з будь-яких фотоелементів.

8. Розроблено й виготовлено принципово новий тип перетворювача оптичного зображення із внутрішнім посиленням на базі неідеальної гетероструктури CdS-Cu2S. Чутливість отриманих зразків в оптичній області досягає 10-6 лкс. Висока чутливість і здатність до накопичення сигналу в сполученні з легкістю одержання формувачів великої площі дозволить застосовувати його як сенсор зображення на великих телескопах. Такий перетворювач має також ефект довгострокової пам'яті і накопичення сигналу (до 24 годин), що істотно відрізняє його від відомих сенсорів зображення.

9. Встановлено, що сенсор на базі неідеальної гетероструктури CdS-Cu2S є чутливим до рентгенівського випромінювання і може фіксувати, запам'ятовувати і зберігати рентгенівське зображення. Встановлено, що сенсор має лінійну залежність сигналу від дози падаючого рентгенівського випромінювання. Такий сенсор може з успіхом застосовуватися замість фотоматеріалів в області медицини при рентгенографічних дослідженнях.

10. Розроблено й виготовлено установку для запису, читання й візуалізації зображень, отриманих за допомогою сенсора на основі неідеального гетеропереходу. Така установка дозволяє проводити подальші дослідження з метою вдосконалювання одержуваних сенсорів, насамперед зменшення їх неоднорідності і підвищення стабільності, а також у сполученні з розробленим сенсором може служити прототипом для датчика зображень, який може застосовуватись в області медицини або при астрономічних дослідженнях.

11. Створена універсальна програма, що дозволяє керувати процесом сканування сенсора зображення та проводити обробку отриманих даних з наступним виведенням зображення на монітор комп'ютера, а також перетворення файлу з відеоінформацією в будь-який формат, доступний стандартним програмам, що працюють із зображеннями.

12. Показано, що величина зовнішнього зсуву впливає на процеси накопичення і зберігання інформації в перетворювачі на основі гетеропереходу CdS-Сu2S. Встановлено, що для перетворювачів, оптимальними умовами для накопичення і зберігання оптичної інформації є подача невеликого, (приблизно -0.4 В), негативного зовнішнього зсуву.

13. Видалення з області просторового заряду гетеропереходу CdS-Cu2S, нерівноважних дірок, локалізованих на глибоких пасткових центрах може відбуватися різними шляхами: пряме тунелювання дірок безпосередньо на центри рекомбінації гетеромежі, термічний викид, тунельно-стрибкова рекомбінація, рекомбінація з вільними електронами, які тунелюють на центри захоплення в ОПЗ з квазінейтральної області.

14. Показано, що позитивний заряд, захоплений в області просторового заряду локалізований на пасткових центрах з однаковою глибиною залягання, причому встановлено, що енергетична відстань цього рівня від стелі валентної зони становить 0.38еВ, що добре узгоджується з літературними даними.

15. Вимірювання кривих релаксації сигналу досліджуваного сенсора показало, що отримані криві мають дві чітко виражених ділянки - швидкої і повільної релаксації. Розрахунки показують, що повільна релаксація визначається в основному процесами термічного викиду локалізованого заряду з центрів захоплення, а швидка релаксація обумовлена в першу чергу тунельним механізмом викиду.

16. Показано, що динамічний діапазон сенсора визначається тим, що починаючи з деякого рівня освітленості гетероперехода дрейфова швидкість носіїв на гетеромежі стає настільки велика, що всі електрони генеровані в Cu2S перетинають її без рекомбінації. Тому подальше збільшення сигналу при зростанні освітленості не відбувається. Для збільшення динамічного діапазону в сенсорі необхідно застосовувати більш високоомний широкозонний матеріал.

17. У роботі показано, що отримані сенсори можна характеризувати за допомогою сенситометрических характеристик, розроблених для фотоматеріалів, причому коефіцієнт контрастності досліджуваного перетворювача зображення становить = 0.55, а фоточутливість 16 одиниць ASA.

CПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

  1.  Виноградов М.С. Батарея фотопреобазователей на основе тонкопленочных гетеропереходов CdZnS-Cu2S/ Виноградов М.С., Затовская Н.П., Борщак В.А., Куталова М.И., Куркмаз Т, Василевский Д.Л., Сердюк В.В.// Фотоэлектроника.- 1992.- Вып.5.- С. 67-74.
  2.  Vassilevski D.L. A Novel, heterojunction based, low  illumination image sensor, with applications to astronomy/ Vassilevski D.L., Borschak V.A., Victor P.A., Vinogradov M.S., Zatovskaya N.P.// Sensors and Actuators.- 1994.- A 45.- P.191-193.
  3.  Vassilevski D.V. Influence of tunnel effects on the kinetics of the photocapacitance in nonideal heterojunctins/ Vassilevski D.V., Borschak V.A., Vinogradov M.S.// Solid-State Electronics.- 1994.- Vol.37.- No.9.- P.1680-1682.
  4.  Vassilevski D.L. Photon induced modulation of surface barrier: investigation and application  for a new image sensor/ Vassilevski D.L., Vinogradov M.S., Borschak V.A.// Applied Surface Science.- Dec.1996.- 103(4).- P.383-389.
  5.  Сердюк В.В. Особенности температурной зависимости неидеального гетероперехода/ Сердюк В.В., Борщак В.А., Виноградов М.С., Куркмаз Т., Василевский Д.Л.// Фотоэлектроника.- 1996.- Bып.6.- C. 22-24.
  6.   Куталова М.И. Создание эффективных преобразователей солнечной энергии на основе гетероперехода СdZnS-CuS/ Куталова М.И., Затовская Н.П., Борщак В.А., Cмынтына В.А.// Фотоэлектроника.- 1998.- Вып.7.- С. 47-48.
  7.  Борщак В.А. Сенсор нового типа для регистрации оптического изображения/  Борщак В.А., Затовская Н.П. Куталова М.И.// Фотоэлектроника.- 1999.-  Вып.8.- С. 89-90.
  8.  Смынтына В.А. Исследование процессов токопереноса на границе раздела и в объеме полупроводниковых барьерных структур с целью создания эффективных оптических и рентгеновских сенсоров изображения/ Смынтына В.А., Куталова М.И., Затовская Н.П., Борщак В.А., Каракис Ю.Н.// Фотоэлектроника.- 2000.- Вып. 9.- С. 11-14.
  9.  Борщак В.А. Особенности взаимодействия ловушек и носителей с реальными скоростями/ Борщак В.А., Затовская Н.П., Каракис Ю.Н., Зотов В.В., Куталова М.И.// Фотоэлектроника.- 2000.- Вып. 9.- С. 91-94.
  10.   Борщак В.А Застосування тонкоплівкових неідеальних гетеро переходів для створення сенсора оптичних і рентгенівських зображень/ Борщак В.А, Затовская Н.П., Куталова М.И., Каракис Ю.Н., Балабан А.П.// Фізика і хімія твердого тіла.- 2000.- Т. 3.- №1.- С. 174-178.
  11.   Borshchak V. Influence of photoexcitation on the parameters of surface potential barrier/ Borshchak V., Zatovskaya N., Kutalova M.., Smyntyna V.//  Фотоэлектроника.- 2001.- Вып.10.
  12.   Борщак В.А. Процессы релаксации неравновеского заряда в барьерной области неадеальных гетеропереходов  и свойства сенсоров оптических изображений на основе таких структур// Фотоэлектроника.- 2002.- Вып.11.- С. 92-95.
  13.   Каракис К.Ю. Релаксационные характеристики кристаллов сульфида кадмия с ИК-гашением фототока/ Каракис К.Ю., Борщак В.А., Зотов В.В., Куталова М.И.// Фотоэлектроника.- 2002.- Вып. 11.- С. 51-54.
  14.   Борщак В.А. Оптимизация параметров батареи фотоэлементов/ Борщак В.А., Смынтына В.А, Куталова М.И., Затовская Н.П., Ю.Н., Балабан А.П.// Фотоэлектроника.- 2003.- Вып. 12.- С. 13-15.
  15.   Каракис Ю.Н. Исследование релаксации фототока в полупроводниковом устройстве/ Каракис Ю.Н., Борщак В.А, Затовская Н.П., Зотов В.В., Куталова М.И. Балабан А.П.// Фотоэлектроника.- 2003.- Вып. 12.- С. 132-135.
  16.   Borschak V.A. Nonequilibrium charge relaxation processes in the barrier zone of nonideal heterojunction// Functional Materials.- 2003.- V. 10.- №2.- P.306-309.
  17.   Smyntyna V.A. Signal relaxation in image sensor based on nonideal heterojunctions/ Smyntyna V.A., Borschak V.A., Balaban A.P.// Sensor Electronics and Microsystems Technologies.- 2004.- №1.- P.41-44.
  18.   Smyntyna V.A. SENSOR BASED ON A NON-IDEAL HETEROJUNCTION TO INDICATE X-RAY IMAGES/ Smyntyna V.A., Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P..// Semiconductor Physics, Quantum Electronics and Optoelectronics.- 2004.- V.7.- №3.- P.222-223.
  19.   Borschak V.A. Photocapacity relaxation peculiarity of nonideal heterostructure/ Borschak V.A., Balaban A.P., Zatovskaya N.P., Kutalova M.I., Smyntyna V.A.// Photoelectronics.- 2004.- №13.- P.12-14.
  20.   Smyntyna V.A. Investigation in temperature and frequency dependences for conductivity in barrier region of nonideal heterojunction/ Smyntyna V.A.,  Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P.// Photoelectronics.- 2005.- №14.- P.5-7.
  21.   Smyntyna V. A. Image sensor on the basis of nonideal heterojunction with rigid raster/ Smyntyna V.A.,  Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P.// Photoelectronics.- 2006.- №15.- P.21-23.
  22.   Smyntyna V.A. EFFECT OF PHOTOCURRENT SHORTWAVE STIMULATION AND DETERMINATION OF DIFFUSION LENGTH FOR MINORITY CARRIERS IN Cu2S/ Smyntyna V.A.,  Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P.// Photoelectronics.- 2007.- №16.- P.23-25.
  23.   Борщак В.А. Сравнительный анализ характеристик и параметров типичных фотоматериалов и твердотельного элемента памяти/ Борщак В.А., Балабан А.П.// Sensor Electronics and Microsystems Technologies.- 2008.- №1.- P.44-48.
  24.   Smyntyna V.A. EXTERNAL BIAS INFLUENCE ON THE TRANSMISSION PROCESSES IN NONIDEAL HETEROJUNCTION/ Smyntyna V.A.,  Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P.// Photoelectronics.- 2008.-№17.- P.23-26.
  25.   Borschak V.A. Dependence of conductivity space-charge region nonideal heterojunction from conditions of photoexcitation, Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P., Smyntyna V.A.// Photoelectronics.- 2009.- №18.- P.
  26.   Smyntyna V.A. Nonideal heterojunction conductivity/ Smyntyna V.A., Borschak V.A., Kutalova M.I., Balaban A.P., Brytavskyi Ye. V., Zatovskaya N.P.//  Photoelectronics.- 2010.- №19.- P.22-24.
  27.   Борщак В.А. Зависимость проводимости освещенного неидеального гетероперехода от внешнего смещения/ Борщак В.А., Смынтына В.А., Бритавский Е.В., Балабан А.П., Затовская Н.П.// ФТП.- 2011.- Т. 45.- Вып. 7.- С. 922-927.
  28.  Борщак В.А. Концентратор сонячної енергії на основі дзеркал Френеля.- Наукові розробки Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова/ Борщак В.А., Сминтина В.А.,Куталова М.І.,Затовська Н.П.// Одеса: Астропринт, 2004.-С.91.
  29.   Борщак В.А. Сенсор оптичного та рентгенівського зображень з внутрішнім підсиленням.- Наукові розробки Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова/ Борщак В.А., Сминтина В.А., Куталова М.І., Затовська Н.П.Балабан А.П.// Одеса: Астропринт, 2004.-С.93-94.
  30.   Смынтына В.А. Применение неидеальных гетероструктур для создания сенсоров изображения, работающих в оптическом и рентгеновском диапазонах/ Смынтына В.А., Борщак В.А., Затовская Н.П., Куталова М.И., Балабан А.П.// тезисы докладов SEMST-1.-2004 -с.7.
  31.   Балабан А.П. Релаксация сигнала оптического сенсора на основе неидеального гетероперехода/ Балабан А.П., Борщак В.А., Бритавский Е.В., Смынтына В.А.// III Международная научная конференция «Функциональная компонентная база микро-, опто- и наноэлектроники», Харьков-Кацивели, 12 сентября - 2 октября 2010г., с.49-51.
  32.   Vassilevski D.L. The conductivity mechanism for thin film heterojunction/ Vassilevski D.L., Borschak V.A.// 6th international conference on solid film and surfaces ICSFS-6, june 29 – july 3, 1992, Paris, France.
  33.   Vassilvski D.L. The utilisation of sensor, based on heterojunction, for the astronomy/ Vassilvski D.L., Borschak V.A.// ICO-16  Satellite Conf. on  Active and Adaptive Optics, Garching/Munich, Germany, August 2-5, 1993, Proc. p.377-379.
  34.   Vassilevski D.L. The Investigations of the Image Sensor, Based on CdS-Cu2S Heterojunction./ Vassilevski D.L., Borschak V.A., Vinogradov M.S.// Third Int. Symp. on Measurmentes and Control  in Robotics, Torino, Italy,  Sept. 21-24, 1993.
  35.   Виноградов М.С. Локальные уровни в приконтактной области гетероперехода./ Виноградов М.С., Борщак В.А., Василевский Д.Л., Сердюк В.В.// IV Международная конференция по физике и технологии тонких пленок, г. Ивано-Франковск, 4-7 мая 1993.
  36.   Vassilevski D. New principle to detect images in  visible  light  and X-ray  by solid-state  sensors,  based  on  CdS./ Vassilevski D.,   Vinogradov M.,   Zatovskaya N., Borschak V., Viktor P.//  Horisons   de l'Optique 1995, Palaiseau, France, 7-9 Novembre 1995.
  37.  Vassilevski D.L. Investigation  of novel image  sensor  with  application  to  X-range./ Vassilevski D.L., Borschak V.A., Shtikhar A., Kytalova M.//  IS&T/SRIE Symposium on Electronic  Imaging:  Science  & Technology,  San Jose, California USA, 5-10 February 1995.
  38.   Vassilevski D.L. Photon induced modulation of surface barrier: experimental investigation and computer simulation.// Vassilevski D.L., Vinogradov M.S., Borschak V.A.// 15th European  Conference  on  Surface, Lille, France,  4-8 September 1995.
  39.   Borschak V. Conversion of Images to the Electric Signal by Solid-State Sensor./ Borschak V., Golovanov V., Stankova E., Smyntyna V., Zatovskaya N.// The Proc. IVth NEXUSPAN Workshop on Sensors for Control of Irradiation, Odessa, Ukraine, May 30-31, 1997.
  40.   Borschak V. Novel Image Sensor for visible and X-ray Spectra./ Borschak V., Golovanov V., Stankova E., Zatovskaya N.// EUROSENSORS XI, Warsaw, Poland, September 21-24, 1997.
  41.   Куталова М.И. Преобразователь оптического и рентгеновского изображения в электрический сигнал./ Куталова М.И., Затовская Н.П.,Сагайдак О.Л., Борщак В.А., Виноградов М.С., Голованов В.В.// Перспектива ХХ1, Региональная научно техническая выставка ВУЗов г.Одессы,  г.Одесса, 12-14 сент. 1997г., с. 11-12.
  42.   Куталова М.И. Комбинированный фотоэлектрический блок СЭС на основе зеркал Френеля./ Куталова М.И., Затовская Н.П.,Сагайдак О.Л., Борщак В.А., Виноградов М.С., Голованов В.В., Василевский Д.Л., Колебошин В.Я.// Перспектива ХХ1, Региональная н.т. выставка ВУЗов г.Одессы,  г. Одесса, 12-14 сент. 1997г., с.13-15.
  43.   Vaksman Yu. ZnS Polycrystals as a light-emitting elements in microelectronics devices./ Vaksman Yu., Zubritskiy S.V., Purtov Yu.N., Borshchak V.A., Zatovskaya N.P., Kutalova M.I., Stankova E.V.// Sensor Spring time in Odessa, Odessa, 1999.
  44.   Borshchak V. Novel sensor for registration optical and X-ray images on the based of non-ideal heterojunction./ Borshchak V., Smyntyna V., Zatovskaya N., Kutalova M.., Balaban A.// SPIE Internacional Simposium on Environmental and Industrial Sensing, Boston, USA, 28 October - 2 November 2001.
  45.   Борщак В.А. ПРОЦЕССЫ РЕЛАКСАЦИИ НЕРАВНОВЕСНОГО ЗАРЯДА В БАРЬЕРНОЙ ОБЛАСТИ НЕИДЕАЛЬНЫХ ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ.// УНКФН-1, Одеса, 2002, 2 том Тез. конф., С. 179.
  46.   Смынтына В.А. ПРИМЕНЕНИЕ СЕНСОРОВ НА ОСНОВЕ НЕИДЕАЛЬНОГО ГЕТЕРОПЕРЕХОДА ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ./ Смынтына В.А., Борщак В.А., Куталова М.И., Затовская Н.П., Балабан А.П., Филевская Л.Н.// УНКФН-1, Одеса, 2002, 2 том Тез. конф., С. 209.
  47.   Борщак В.А., Факторы, определяющие динамический диапазон сенсоров оптического и рентгеновского изображения на основе неидеального гетероперехода./ Борщак В.А., Балабан А.П., Затовская Н.П., Куталова М.И., Смынтына В.А.// Тезисы докладов IX-ой Международной конференции по физике и технологии тонких пленок,  Ивано-Франковск, 2003 Т.1, С.157.
  48.   Борщак В.А. Сенсор нового типа для регистрации оптических и рентгеновских изображений./ Борщак В.А., Затовская Н.П., Куталова М.И., Смынтына В.А., Лепих Я.И., Балабан А.П. // Датчик-2003, Судак, 2003, Тез. конф., С. 141-142.
  49.   Smyntyna V.A. SENSOR ON THE BASIS OF NONIDEAL HETEROJUNCTION FOR REGISTRATION OF THE X-RAY IMAGES./ Smyntyna V.A., Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P.// Proc. of EUROSENSORS XVIII Conf, Rome, 12-15 sep 2004.
  50.   Smyntyna V.A. IMAGE SENSORON SCANNING SYSTEM ON THE BASIS OF NONIDEAL HETEROJUNCTION WITH RIGID RASTER./ Smyntyna V.A., Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P.// Proc. of EUROSENSORS XIX Conf, Barcelona, 11-14 sep 2005.
  51.   Борщак В.А. Сенсор зображення з жорстким растром./ Борщак В.А., Сминтина В.А., Затовська Н.П., Куталова М.І., Балабан А.П.//- Тези доповідей Всеукраїнського зїзду «Фізика в Україні», Одесса,  2005, С. 137.
  52.   Борщак В.А. Особенности температурной зависимости кинетики сигнала твердотельного сенсора изображения на основе неидеального гетероперехода./ Борщак В.А., Балабан А.П. , Затовская Н.П., Куталова М.И., Смынтына В.А.// тезисы докладов SEMST-2, 2006, С. 101-102.
  53.   Smyntyna V.A. Mechanism to restrict signal in solid-state image sensors based on non-ideal heterostructure./ Smyntyna V.A., Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P.// T2B-P1 Proc. of EUROSENSORS XX Conf, Geteborg, 17-20 sept 2006.
  54.   Сминтина В.А. Сенситометричні характеристики сенсора оптичного і рентгенівського зображень на основі неідеального гетероперехода./ Сминтина В.А., Лепіх Я.І., Борщак В.А., Балабан А.П., Хіврич В.І.// Тези доповідей УНКФН-3, Одесса, 2007, С. 331.
  55.   Балабан А.П. Вплив зовнішніх факторів на ефективність сенсора зображення на основі неідеального гетеропереходу./ Балабан А.П., Борщак В.А., Затовська Н.П., Куталова М.І.// Тези доповідей СЕМСТ-3, Одесса, 2008, С. 243.
  56.   Smyntyna V.A. Bias influence on transient phenomena in image sensor on imperfect heterojunction basis./ Smyntyna V.A., Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P.,.Balaban A.P.// Proc. of First Mediterranean Photonics Conference, Ischia-Naples, Italy, 25-28 June 2008, P.257-259.
  57.   Smyntyna V.A. APPLICATION OF notions of sensitometry To the SOLID-STATE IMAGE SENSOR based on NONIDEAL heterojunction./ Smyntyna V.A., Borschak V.A., Kutalova M.I., Zatovskaya N.P., Balaban A.P.// Proc. of EUROSENSORS XXII Conf, Dresden, 7-10 sep 2008, Р.58.
  58.   Борщак В.А. Регистрация движущихся объектов при помощи сенсора на основе неидеального гетероперехода./ Борщак В.А., Балабан А.П., Затовская Н. П.,  Куталова М. И., Cмынтына В.А.// СЕМСТ-4, Одесса, 28 червня – 2 липня 2010, С. 272.
  59.   Borschak V.A. Dependence of conductivity on external bias for illuminated nonideal heterojunction./ Borschak V.A., Smyntyna V.A., Balaban A.P., Brytavskyi Ye. V., Zatovskaya N.P.// Ukrainian-German symposium on Physics and Chemistry of Nanostructures and on Nanobiotechnology, Beregove, Crimea, Ukraine, 6-10 September, 2010, Р.159.
  60.   Бритавский Е.В. Моделирование экспериментально полученных зависимостей ЭДС холостого хода освещенных неидеальных гетероструктур./ Бритавский Е.В., Борщак В.А., Балабан А.П., Смынтына В.А.// Конференція молодих вчених з фізики напівпровідників «Лашкарьовські читання-2010», 5-7 жовтня 2010, С. 62-63.

АНОТАЦІЇ:

Борщак В.А. Явища генерації і переносу в неідеальних гетероструктурах і створення на їх основі сенсорів зображень нового типу.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.10.- фізика напівпровідників і діелектриків.– Одеський національний університет імені І.І.Мечникова.- Одеса, 2011.

В дисертації вирішена проблема розробки теорії збудження і переносу нерівноважних носіїв струму в істотно неоднорідних структурах - неідеальних гетеропереходах. На основі таких структур розроблено і створено ефективні сенсори оптичного і рентгенівського зображення нового типу. Створена теорія неідеального гетеропереходу, яка пояснює особливості його провідності в бар'єрній області з позицій тунельно-стрибкового переносу по локалізованих станах зі змінною довжиною стрибка. Розроблені теоретичні основи роботи перетворювача сигналів оптичного й рентгенівського зображення принципово нового типу з гетеропереходом CdS-Cu2S. Розроблено й виготовлений принципово новий тип перетворювача сигналів оптичного зображення із внутрішнім посиленням. Такий сенсор має ефект довгострокової пам'яті і накопичення сигналу (до 24 годин), що істотно відрізняє його від відомих сенсорів зображення. Чутливість отриманих зразків в оптичній області досягає 10-6 лкс. Встановлено, що сенсор на базі неідеальної гетероструктури CdS-Cu2S чутливий до рентгенівського випромінювання і може фіксувати, запам'ятовувати і зберігати рентгенівське зображення.

Ключові слова: гетероперехід, тунельно-стрибкова провідність, фотоперетворювач, сенсор оптичного зображення, сенсор рентгенівського зображення

Борщак В.А. Явления генерации и переноса в неидеальных гетероструктурах и создание на их основе сенсоров изображений нового типа.- Рукопись. 

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.10 .- физика полупроводников и диэлектриков6ен.- Одесский национальный университет имени И. И. Мечникова .- Одесса, 2011.

В диссертации решена проблема разработки теории возбуждения и переноса неравновесных носителей тока в существенно неоднородных структурах - неидеальных гетеропереходах. На основе таких структур разработаны и созданы эффективные сенсоры оптического и рентгеновского изображения нового типа. Создана теория неидеального гетероперехода которая объясняет особенности его проводимости в барьерной области с позиций туннельно-прыжкового переноса по локализованных состояниях с переменной длиной прыжка. Разработаны теоретические основы работы формирователя сигналов оптического и рентгеновского изображения принципиально нового типа с гетеропереходом CdS-Cu2S. Разработан и изготовлен принципиально новый тип формирователя сигналов оптического изображения с внутренним усилением. Такой сенсор имеет эффект долговременной памяти и накопления сигнала (до 24 часов), что существенно отличает его от известных сенсоров изображения. Чувствительность полученных образцов в оптической области составляет не менее 10-6 лкс. Установлено, что сенсор на базе неидеальной гетероструктуры CdS-Cu2S чувствителен к рентгеновскому излучению и может фиксировать, запоминать и хранить рентгеновское изображение.

Ключевые слова: гетеропереход, туннельно-прыжковая проводимость, фотопреобразователи, сенсор оптического изображения, сенсор рентгеновского изображения.

Borshchak V.A. Phenomena of generation and transport in nonideal heterostructures and creation on their basis the new type image sensors.- Manuscript. 

The dissertation on a scientific degree of the doctor of physical and mathematical sciences on a speciality 01.04.10. – physics of semiconductors and dielectrics – the Odessa I.I. Mechnikov national university.-Odessa, 2011. 

In the dissertation the problem of development of the excitation and transport of nonequilibrium current carriers in essentially non-uniform structures - nonideal heterojunctions theory has been solved. On the basis of such structures the effective optical and X-ray new type image sensors are developed and created. The theory of nonideal heterojunction is created which explains feature of its conductivity in barrier region from positions of tunnel-jumping transport on the located states with variable jump length. Theoretical foundations the optical and X-ray essentially new type image signal shaper on the bases of heterojunction CdS-Cu2S work are developed. Essentially new type the optical image with internal amplification signal shaper has been developed and made. Such sensor has the effect signal long-term memory and accumulation (till 24 h.) that essentially distinguishes it from known image sensors. Sensitivity of the obtained samples in optical region makes not less than 10-6 lux. It is established, that the sensor on the basis of nonideal heterostructure CdS-Cu2S is sensitive to X-ray radiation and can fix, remember and store  the X-ray image.

Key words: heterojunction, tunnel-jumping conductivity, photoconverters, optical image sensor, X -ray image sensor


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

56087. Кіммерійці та скіфи на території сучасної України 101.5 KB
  У відповідному місці впишіть назву кочових племен причорноморського степу що їх витіснили скіфи в VІІ ст. Скіфи –- кочові племена що витіснили кіммерійців на теренах Північного Причорноморя. Скіфи були, як і кіммерійці, кочівниками.
56088. Кіммерійці та скіфи на території сучасної України 62.5 KB
  Навчальна мета: закріпити знання з попередньої теми; розглянути з учнями історичний матеріал повязаний з життям на території сучасної України кочових племен кіммерійців та скіфів; при вивченні нового матеріалу...
56089. Школа проти СНІДу 123 KB
  Саме тому перш за все школа повинна стати середовищем для формування у молодих людей розуміння серйозності проблеми ВІЛ СНІДу та переваг здорового способу життя. Мета: ознайомити учнів з епідеміями що спіткали цивілізацію з сучасним станом розвитку епідемії ВІЛ СНІДу.
56090. Григорій Сковорода – філософ, поет, музикант. (“Всякому городу – нрав і права” із циклу “Сад божественних пісень”) 38.5 KB
  Сковорода: філософом поетом чи композитором. Тарас Шевченко Григорій Сковорода видатний український просвітитель поет педагог музикант ХVІІІ століття поборник правди чия творчість пройнята любов’ю до людей.