Исследование электрофизических свойств фоторезисторов на основе PbS

Актуальность темы

Базовым материалом для изготовления оптоэлектронных приборов на диапазон 1−3 мкм является сульфид свинца (РЬБ). Неохлаждаемые фоторезисторы (ФР) на основе РЬБ в поликристаллической форме обладают высокой чувствительностью' в диапазоне 1−3 мкм при комнатной температуре, благодаря чему они продолжают привлекать внимание не только разработчиков и эксплуатационников оптико-электронных систем (ОЭС), но и научно-техническую общественность. Этот интерес определяется не только большой ролью, которые эти радиотехнические элементы сыграли при создании принципиально новых систем, имевших и имеющих до сих пор важное значение не только тем, что они по объему производства в мировом хозяйстве превышают производство ФР других типов, но и тем, что этот интерес поддерживается своего рода загадками, которыми награждаются разработчики новых ОЭС, использующие «старые», известные с 40-х годов прошлого века, приборы.

С одной стороны, в литературе предлагаются данные по большому разбросу их характеристик, с другой стороны, зачастую критерии характеристик этих приборов как элементов ОЭС представляются некорректно. Следует иметь в виду, что не всякий слой РЬБ, нанесенный на диэлектрическую подложку и снабженный токоподводящими электродами, следует рассматривать как фоторезистор. Вводимое ограничение на основной параметр — удельную обнаружительную способность Д^ >Ы0П Вт" '-смТц½ исключает из рассмотрения многочисленные полуфабрикаты, экспериментальные образцы и т. п. Параметры ФР должны быть стабильными во времени, быть выдержанными в течение длительного времени (несколько месяцев). Но вот для таких ФР, изготовленных по различным воспроизводимым технологиям, в литературе отсутствуют данные по сравнению параметров и деградации последних.

К началу настоящей работы накоплен значительный экспериментальный и теоретический материал, однако имелись противоречия в трактовке модели структур и механизма фотопроводимости. Такая ситуация была обусловлена разнообразием технологий получения ФР. Кроме того, при исследовании электрических параметров поликристаллических пленок обычно используются методы, применение которых правомерно лишь для монокристаллов.

В последние годы наиболее значимыми являются разработки матричных фотоприемников (ФП) на основе РЬБ, слои которого наносились бы непосредственно на мультиплексорные структуры, изготовленные по обычной кремниевой технологии, в отличие от нанесения на однородные диэлектрические поверхности. Выбор метода нанесения (формирования) фоточувствительной пленки является принципиальным и делает актуальным проведение комплексных исследований электрофизических свойств ФР на основе РЬБ, полученных различными методами.

В связи с вышесказанным, цель диссертации включала:

1. На основе анализа технологии изготовления ФР и изучения причин и механизмов деградации их параметров выработать рекомендации по оптимизации технологии, пригодной для ОЭС нового поколения.

Для достижения указанного были сформулированы следующие задачи:

1. Оценить перспективность методов получения фоточувствительных элементов (ФЧЭ), исходя из параметров и характеристик, измеренных по единой схеме, на одном и том же оборудовании.

2. Определить физико-химическую структуру и выявить особенности характеристик ФЧЭ.

3. Уточнить физическую модель ФЧЭ для объяснения наблюдаемых закономерностей электропроводности и фотопроводимости.

Объекты и методы исследования. Объектами исследований являлись серийно выпускаемые в различные годы (от 1960 до 2010 гг.) ФР: физические", получаемые перенапылением в объеме прибора при малых концентрациях воздуха- «физические», нагреваемые в воздушной атмосфере при температурах 550−620 °С- «химические», получаемые как без дополнительного окисления, так и очувствляемые при температурах 550−620: °Смногоэлементые. приборы, полученные как химическим, так и физическим методом изготовленные в ОАО «Московский завод „Сапфир“», в НИИПФ (НПО «Орион»), ОАО «Завод „Альфа“».

Проводились комплексные исследования шумовых свойств ФЧЭ, включая спектральную плотность мощности шума (СПМШ), в сочетании со стандартными измерениями фотоэлектрических параметров (ФЭП), спектральных и вольт-амперных характеристик (ВАХ). Морфология ФЧЭ изучалась на сканирующих электронных микроскопах независимо в МЭИ (ТУ) (РЭМ BS-300) и в институте нанотехнологий микроэлектроники РАН (Esprit 1.8, Bruker AXS Microanalysis GmbH Berlin, Germany). Научная новизна:

1. Впервые проведено систематическое комплексное исследование электрофизических свойств широкого круга ФЧЭ, полученных по различным технологиям, включающее измерение ВАХ, СПМШ в сочетании с пороговыми и спектральными характеристик приборов. Показано, что деградация параметров определенных ФР со временем связана именно с увеличением шумов при сохранении их чувствительности.

2. Высказано положение о том, что шумовые свойства приборов связаны с перезарядкой ловушек в приповерхностном слое полупроводника.

3. Развиты физические модели ФЧЭ на основе PbS: для «физических» структур с высокотемпературным отжигом слоистость фоточувствительных структур приводит к образованию продольного рп- (pin-) перехода. При этом генерация фотоносителей, определяющих спектральную чувствительность ФЧЭ, осуществляется в основном в нижней области л-типа, обладающей большим сопротивлением из-за изотипных барьеров между кристаллитами поликристаллической пленки. Перенос носителей происходит в области с наименьшим сопротивлением под слоем высокотемпературного окисла — ланаркита. Для «химических» слоев без высокотемпературного окисления спектральная характеристика ФЧЭ определяется системой нанокристаллитов с различной степенью окисленности с межкристаллическими барьерами. Применение высокотемпературного окисления к «химическим» слоям приводит к образованию, ланаркита на поверхности и делает их близкими к «физическим» структурам.

4. Показаны различия в спектральных и шумовых характеристиках ФР на основе РЬБ, полученных различными методами и на разных этапах жизненного цикла, впервые представлены объективные данные по надежности этих фоторезисторов.

Практическая ценность работы заключается в выдаче рекомендаций для развития технологии перспективных ФРпонимании процессов токопереноса и фоточувствительности сложных поликристаллических систем.

Представлены результаты исследования ФР на основе РЬБ, полученных всеми основными методами. Показаны преимущества и недостатки технологий, позволяющие выбрать варианты, оптимальные для различных оэс.

Разработана методика измерения СПМШ ФР и ФЧЭ, позволяющая исследовать шум фоторезистивных структур при различных смещениях и температурах окружающей среды и ФЧЭ. Шумовые характеристики можно использовать как метод неразрушающего контроля параметров приборов, отражающих деградацию последних с течением времени.

Основные результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе: разработанные методики и измерительный комплекс используются в научных и учебных лабораториях по курсам «полупроводниковые приемники излучения», «приемники излучения и фотоприемные устройства», «оптоэлектроника» кафедры полупроводниковой электроники МЭИ (ТУ).

Рекомендован обязательный контроль качества ФП путем исследования СПМШ как метода определения наиболее перспективных технологий для разрабатываемых приборов.

Выводы и рекомендации диссертационной работы могут быть использованы на предприятиях, занимающихся исследованием и разработкой тонкопленочных фоторезисторов на основе халькогенидов свинца, таких как НПО «Орион», ОАО «Завод1 „Альфа“» и ОАО «Московский завод „Сапфир“», где и докладывались промежуточные результаты исследований.

Обоснованность научных положений основывается на проведенном сравнительном комплексном анализе большого количества типов серийно выпускаемых ФР и достоверной выборке приборов каждого типа, а также подтверждается непротиворечивостью полученных экспериментальных результатов предложенным моделям и публикациям других авторов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на XXI Международных научно-технических конференциях по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, 2010 г.), на 38−41 Международных научно-методических семинарах «Шумовые (Флуктуационные) и деградационные процессы в полупроводниковых приборах (метрология, диагностика, технология, учебный процесс) (Москва, 2007 — 2010 гг.), на 16 российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел «РЭМ'2009» 31.05−3.06 2009г. ЧерноголовкаКурбатовских чтениях (завод «Альфа» г. Москва в 2008, 2009, 2010 и 2011 гг.), на Международной научно-техническая конференция «Инновационные технологии в науке, технике и образовании» г. Пицунда, Абхазия в 2007, 2008, 2009, 2010 гг., и в г. Таба, Египет, 2009 г.- на II научно-технической конференции «Методы создания, исследования микро-, наносистем и экономические аспекты микро-, наноэлектроники» (г. Пенза 2009 г.) — на 13, 14 и 16 Международных науч.-техн. конференции студентов и аспирантов, МЭИ (ТУ) Радиоэлектроника, электротехника и энергетика (2008 и 2010 гг.).

Публикации Основное содержание диссертации отражено в 15 печатных трудах, из них 2 статьи — в рецензируемых журналах, рекомендуемых ВАК.

В большинстве работ, выполненных в соавторстве, диссертант осуществлял проведение эксперимента самостоятельно, анализ результатов проводился вместе с коллегами. На защиту выносятся:

1. Контроль СПМШ является эффективным методом выбора прогрессивной технологии изготовления и прогнозирования скорости деградации приборов.

2. Уточнена физическая модель фоточувствительных поликристаллических пленок на основе РЬБ, получаемых различными методами, механизм электропроводности, возникновение фотопроводимости.

3. Результаты исследования кинетики изменения электропроводности и фотопроводимости фоточувствительных поликристаллических пленок на основе РЬБ в период формирования и хранения.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

Фотоприемники (ФП) на основе сульфида свинца известны более 50 летно и сегодня, несмотря на большое разнообразие приборов из других полупроводниковых материалов, не теряют своей актуальности благодаря высокому уровню фотоэлектрических параметров и сравнительно низкой стоимости, высокой надежности и простоте технологии.

Фоторезисторы на основе сульфида свинца являются (PbS) основными приемниками инфракрасного излучения в спектральном диапазоне длин волн 1−3 мкм [1, 2]. В области воспринимаемых длин волн они приблизительно в 100 раз чувствительнее тепловых приемников ИК-излучения, они малоинерционны, имеют практически неограниченный срок службы.

Возможно, что самым ранним зафиксированным упоминанием об инфракрасном детекторе на основе солей свинца был патент, полученный Боузом (Bose) в 1904 году. Он наблюдал фотоэффект в кристалле галенита (PbS). В 1930 году Ландж (Loundge) сообщил о фотоэлектрическом преобразователе из галенита. Приблизительно в 1930 году в Германии начались серьезные исследования с целью получения чувствительных пленок солей свинца (PbS, PbSe и РЬТе). Работа продолжалась до начала 40-ых. Для изготовления детекторов на PbS Б. Гудден (Gudden) из Пражского Университета пользовался испарением.

Вообще говоря, термин «сернисто-свинцовый фоторезистор» — условное понятие. В этих фоторезисторах не используется ни монокристаллы PbS, ни его эпитаксиальные пленки. Феноменологические понятия: концентрация носителей тока (р или п), подвижность носителей ¡-л и время жизни возбужденных (избыточных) пар носителей тока, наблюдавшиеся в кристаллах Гибсоном (Gibson), Блемом и Путли (Putley) в начале 50-х гг. [3, 4] и в эпитаксиальных пленках Земелем (Zemel J.N.) в 1960 г. [5], принципиально отличаются от наблюдаемых при аналогичных измерениях, проводимых на фоточувствительных элементах (ФЧЭ), составляющих основу фоторезистора. Поэтому справедливее использовать термины «фоторезистор, изготовленный на „базе“, „основе“ PbS».

Начало развития техники изготовления фотоприемников из халькогенидов свинца следует отнести к первой половине 30-х годов* XX века, когда Кутцшером (Kutzscher) первоначально проводившим эксперименты в Берлинском Университете, а затем в Электроакустичекой Компании (ELAK) в Киле, было открыто явление фотопроводимости в естественных кристаллах PbS (галенит), там же были изготовлены первые промышленные фоторезисторы (ФР) [6] методом химического осаждения и испарением в вакууме («физическим» методом) [7, 8] в середине 40-ых гг. Этот метод, напоминающий метод изготовления вакуумных элементов, получил название «сухой» способ в зарубежной литературе и «вакуумный» в отечественной, «Родоначальником» химического осаждения с высокотемпературным отжигом считается Брюкман (Briikmann) [9]. Практически вся его ранняя работа детально изложена у Арнквиста (Arnquist) [10], Эллиота (Elliott) [11] и Мосса (Moss) [12].

В первые послевоенные годы аналогичные работы велись в США [13] и Англии [11, 14, 15, 16]. В США высокочувствительные фоторезисторы (ФР) были получены Кэшменом (Cashman) путем перегонки слоя PbS в запаянной ампуле в среде разреженного кислорода («вакуумным» методом) [7, 8]. Аналогичные ФР, изготавливавшиеся в Англии, были описаны Сосновским (Sosnowski), Старкевичем (Starkiewcz) и Симпсоном (Simpson) в 1946 и 1947 гг. [14, 15].

Вскоре фирмами Milliard и Philips стали выпускаться двухплощадочные фоторезисторы 61SV, полученные также «вакуумным» способом, подробно описанным Р. Смитом [17] (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1- ФР 61SV фирма Mullard.

В США основным направлением были работы с химически осажденными слоями: ФР из PbS разрабатывались и производились Photoswitch Corporation, и, позднее, Electronics Corporation of America (ECA), Infrared Industries, Eastman Kodak Company и Santa Barbara Research Center (SBRC) в Пасадене.

В СССР разработки ФР из халькогенидов свинца были начаты в 19 441 946 гг. в нескольких организациях. При этом к ним привлекалась академическая и отраслевая наука. Первыми публикациями в печати были работы ленинградцев из ФТИ им. Иоффе, прежде всего Б. Т. Коломийца [18, 19, 20, 21, 22], С. М. Рывкина [23], М. С. Саминского [24] и B.C. Вавилова. Публиковались работы, проводимые во ФТИ АН СССР им. А. Ф. Иоффе и в Ленинградском электро-техническом институте (ЛЭТИ). Результаты работ ежегодно демонстрировалось на совещаниях в Киеве под руководством академика В. Е. Лашкарева. Появилось сообщение о разработке ФР ФС1, проведенное в ВЭИ им. В. И. Ленина К.А. Юматовым и от. Гиацинтовым в лаборатории Арановича Р. М. [25].

В этом же направлении велись работы и в Москве. В 1957;58 гг. в составе лаб. № 8 НИИ-801 (НИИПФ — НПО «Орион») была группа, возглавляемая С. А. Кауфманом и О. Н. Громовой, которая в ограниченном объёме вела НИОКР ФР на основе PbS и PbSe.

В 1957;59 гг в зарубежной литературе публикуются обзоры Клаассена (Klaassen) и Блока (Blok) [26], в которых сообщается о разработке ракет с автономной системой корректировки траектории полета. Корректировка осуществлялась в них электронным блоком с приемником лучистой энергии. Этот блок: приемник излучения, оптическая система и электронная система, обеспечивающая передачу сигнала на систему управления ракеты, получила название тепловой головки самонаведения — ТГС. Эта система тогда решала вопрос «выстрелил-забыл». В США такими системами были AIM-4 «Фэлкон» (англ. AIM-4 Falcon — Сокол) — первая американская управляемая ракета класса «воздух—воздух» малой дальности (рисунок 1.2), AIM-9 (Sidewinder) (рисунок 1.3), первый переносной зенитно-ракетный комплекс США FIM-43 Рэдай (англ. General Dynamics FIM-43 Redeye) (рисунок 1.4), в Англии ракета класса «воздух-воздух» первого поколения «Файрстрик» (англ. de Havilland Firestreak — Огненная стрела) (ее модернизированный вариант — ракета Red Тор) — во Франции Матра R511, оснащенная полуактивной радиолокационной головкой самонаведение (semi-active radar homing — SARH). Во всех этих системах использовались неохлаждаемые ФР на основе PbS.

Рисунок 1.2 — Первая американская управляемая ракета класса «воздух—воздух» малой дальности «Фэлкон» (англ. AIM-4 Falcon — Сокол).

Рисунок 1.3 — Самонаводящийся снаряд «воздух-воздух» «Сайдуиндер» англ. AIM-9 Sidewinder).

Рисунок 1.4 — Первый переносной зенитно-ракетный комплекс США FIM-43 Рэдай англ. General Dynamics FIM-43 Redeye).

Во время конфликта континентального Китая с Тайванем ВВС США, поддерживающие Тайвань, применили впервые в истории войн самонаводящийся снаряд «Сайдуиндер» с ИК головкой самонаведения и РЖ неконтактным взрывателем [27]. Была поставлена задача создания в короткие сроки ФР для авиационной ТГС и неконтактного оптического взрывателя (НОВ) (рисунки 1.5 и 1.6). В этой работе приняли участие практически все организации Союза, имевшие опыт разработки фоторезисторов на основе PbS.

Рисунок 1.5 — К13(по классификации МО США и НАТО — АА-2 Atoll).

Рисунок 1.6- ГСН ракеты К-13.

Хотя к концу 50-х гг. отечественная отраслевая наука обладала достаточным некоторые характеристики, используемые потенциалом для разработки аналогичных, близких по параметрам фоторезисторов, однако некоторые характеристики ФР, используемые в AIM-9 (Sidewinder), значительно отличались от отечественных аналогов и потребовали для их реализации создания новой для неохлаждаемых ФР технологии — химического осаждения с окислителем. Эта технология, разработанная в ГОИ им. Вавилова С. И, и в НПО «Орион» стала базовой для большинства разрабатываемых в СССР ФР для неохлаждаемых ОЭС. В частности она широко использовалась на заводе «Кварц» в г. Черновцы.

Одновременно с этой технологией продолжали развиватьсяи другие. Это было связано с тем, что в некоторых системах требовалась меньшая инерционность (лучная частотная характеристика), чем ФР, изготовленных химическим методом с окислителем, требовалась спектральная характеристика, сдвинутая в область больших длин волн и, наконец, более высокая стабильность параметров ФР при внешних воздействиях.

Конструктивные особенности ОЭС вызывали изменения в конструкции и технологии ФР и вели к дальнейшей специализации производств и методов контроля, что затрудняло оценку и сравнение различных ФР.

Во всяком случае, до конца 2000 г. в отечественной практике сохранялись все эти технологии, естественно модернизированные в результате работ НПО «Орион» и Уральского Политехнического института [28].

В настоящее время промышленный выпуск фоторезисторов на основе PbS осуществляется фирмами Hamamatsu, Infrared Industries, Opto-Electronics, Santa Barbara Research Center, Litton Electron Devices, Litton Electron-Optical Systems (США), New England Photoconductor Corp. (США), Sense Array (США) и другие. В начале 90-х гг. выпуском приемников на основе PbS, PbSe были заняты 65 фирм, в том числе в США — 39, однако большинство работ выполнялось по закрытым программам, и значительное несоответствие данных о ФЧЭ затрудняет их сравнение. Увеличение выпуска ФР на основе РЬБ связано в основном с их применением в военной технике: в головках самонаведения ракет, снарядов, системах слежения, обнаружения, прицеливания, системах контроля космического пространства и наблюдения за землей из космоса и т. д.

В последние годы в США и других странах непрерывно возрастает объем финансирования разработок новых технологий, конструкций и микроэлектроники, направленных на создание многоэлементных и матричных фотоприемников и фотоприемных устройств (ФПУ) для различных систем военно-гражданского применения. Многие разработки фотоприемников направлены на создание технологий, совместимых с промышленной технологией кремниевых микроэлектронных схем, что позволяет создавать монолитные и гибридные ФПУ, содержащие наряду с пленочными полупроводниковыми фоточувствительными структурами микроэлектронные устройства обработки и считывания информации, воспринимаемой фотоприемником. Созданы фотокомплексы на основе РЬБ, обнаружительная способность которых при неглубоком охлаждении превосходит ФП из других полупроводниковых материалов.

В подавляющем большинстве ОЭС необходимо выделить, идентифицировать фотоэлектрический сигнал с частотой от 10 Гц до 2−3 кГц. В этом случае время жизни фотостимулированных неравновесных носителейне должно быть меньше 10″ 5 с, что намного превышает наблюдаемые значения в монокристаллах. Формально нужно ввести звено согласования — линию задержки, или, как сейчас принято говорить, создать некое фотоприемное устройство. Такие «устройства» формировались, не отдавая себе в этом отчета, в 50-е гг. при разработке ФР на РЬ8.

Выводы.

1. На основе результатов комплексных исследований шумовых, спектральных характеристик, а также элементного, электронно-зондового анализов фоточувствительных пленок на основе РЬБ, полученных основными методами: физическим напылением при малом содержании кислорода в окружающей среде и с высокотемпературным очувствлением на воздухехимическим осаждением без дополнительного очувствления и с высокотемпературным очувствлением показано, что основные технологии, по которым изготовлялись ФР, позволили создать приборы с параметрами, отвечающими техническим заданиям ОЭС.

Химическая технология с использованием добавок окислительно-восстановительного характера не требует дополнительного высокотемпературного очувствления на воздухе, позволяет создавать линейки ФЧЭ с требуемыми параметрами, обеспечивая хорошую воспроизводимость. Однако неоднородность структуры при образовании твердых растворов РЬ-8-О может приводить к вариации значений ширины запрещенной зоны и, как следствие влиять на спектральную характеристику ФР, что приводит к пониженному значению чувствительности.

Физические методы позволяют получить ФР с максимальной чувствительностью, но, из-за шумов типа 1//", в узком частотном диапазоне.

Поверхность приборов играет важнейшую роль в обеспечении их параметров, т.к. определяет не только защиту объема фотопроводящей пленки, но и сохраняемость параметров структур во времени. Особенно важна ее роль в случае приборов, полученных химическими методами, где поверхность не защищена слоем ланаркита. В связи с этим необходима защита поверхности лаками типа или халькогенидными стеклами.

Впервые проведенное комплексное исследование шумовых свойств ФП показало их определяющую роль в достижении требуемых параметров приборов, их надежности и стабильности в течение большого времени хранения [205].

2. Установлено, что СПМШ фоторезисторов, полученных физическим и химическим методом различаются: если у ФР, полученных физическим методом наблюдается шум типа //а во всем диапазоне, то у приборов, полученных химическим методом на фоне шума типа //а, наблюдается преобладание белого ГРШ над шумом типа 1//" в диапазоне 10−100 Гц.

3. На основе выявленной зависимости низкочастотного шума с технологиями получения слоев и режимами очувствления предложена модель шумообразования типа 1//", основанная на различной скорости перезарядки ловушек захвата для электронов на границах зерен. В физических слоях возможна модуляции канала токопереноса, находящегося между слоем ланаркита и поликристаллическим слоем неокисленного РЬ8.

4. Преобладание ГРШ над шумом типа 1//а свидетельствует о широте канала токопрохождения, спектральные характеристики этих приборов говорят об отсутствии фазы РЬБ.

5. Структура шума фоторезисторов, полученных физическим и химическим методом подтверждает правильность теории, согласно которой эти ФР являются активными элементами со сложной продольной биполярной р-г-п- (рп-) структурой и изотипными межкристаллическими барьерами.

6. Перенос фотоносителей в пленках на основе РЬБ обусловлен большим временем жизни генерированных светом носителей заряда из-за их пространственного разделения полем продольного р-1-пперехода и изотипных барьеров и-слоя, определяющих его высокое сопротивление. Механизм релаксации фотопроводимости определяется физическими процессами в области объемного заряда рекомбинационных барьеров и на поверхности кристаллитов.

7. Предложена система контроля (снятие семейства СПМШпрогрев при температурах 100−150 °С не менее 24 часов — повторное.

157 измерение СПМШ), которая гарантирует, что потенциально ненадежные приборы не достигнут потребителя.

8. Представлены результаты исследования кинетики изменения электропроводности и фотопроводимости фоточувствительных поликристаллических пленок на основе РЬБ в период очувствления и хранения.

9. Следует использовать контактные покрытия под слоем РЬ8, как предложено в [44, 49, 50, 52]. При этом необходимо учитывать, что золото может разрушаться при воздействии серы при высокотемпературном нагреве, поэтому необходимо использовать более плотное катодное золочение. 2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенных исследований мы установили, что структура и характеристики фоторезисторов «на основе» PbS различаются в зависимости от методов их формирования.

Структура «химических» слоев без высокотемпературной обработкигранульная. Именнок этим слоям подходят механизмы фотопроводимости, разработанные авторами [106,198, 201].

Структура «физических» слоев, особенно окисленных при высоких температурах, слоистая. Процессы токопереноса в таких структурах может носить перколяционный характер (при низких напряженностях поля).

На сегодняшний день есть две разных модификации ФР: «физические» и «вакуумные» — принципиальное отличие между ними заключается в типе пленки. Если у «физических» она поликристаллическая, то у «вакуумных» ее свойства ближе к эпитаксиальной.

Поверхность «физических» слоев с высокотемпературным отжигом на воздухе представляет сложную композицию окислов свинца, особая роль у плотного слоя ланаркита: без нее может наблюдаться «перенасыщение» нижележащих слоев кислородом, при этом сопротивление слоев резко падает (как при разгерметизации приборов, полученных физическим «вакуумным» способом). Иногда говорят, что удаление поверхностной пленки всегда приводит к практически полной потере фоточувствительности, что также не корректно. При сплошной пленке в слоях мало свободного адсорбированного кислорода, мало уровней прилипания для электронов, соответственно т мало. Генерационно-рекомбинационный шум у физических ФЧЭ наблюдается редко.

Что касается самих шумов типа //", то применительно к ФР на основе PbS их не следует называть «избыточными», так как они являются типичными, характерными. Значение, а всезда близки к единице, коэффициент, А в формуле (1.15) зависит не столько от метода изготовления, сколько от особенностей технологии. В диапазоне 100−2000 Гц у ограниченного числа «физических» и вакуумных" ФР может наблюдаться наклон 1//°*5. Это, как правило, ФР с т=50−100 мкс.

Для «химических» слоев характерны не только шумы типа1//а, но и генерационно-рекомбинационные шумы [202]. Более того, у ФР с «окислителем», изготовленным по гидрозинным методикам, шумы типа 1//" могут подавляться ГРШ, что* и послужило причиной ориентации на эту технологию, т.к. обычно считается, что приборы со спектром //а потенциально ненадежны как во времени, так и при климатических воздействиях. В последствие эти опасения не подтвердились, «но осадок остался» [203].

При анализе спектров ФР с «окислителем» следует учитывать, что у этих ФР высокая постоянная времени — до 400 мкс, поэтому СПМШ типа //" и ГРШ близки по характеру и слабо различимы.

С практической точки зрения перспективы избавиться от шума со спектром //а маловероятны.

Все работы по «улучшению» технологии структур ФР сводились к более детальному пониманию взаимодействия поликристаллической структуры с молекулами радикала О^. Эти радикалы не имеют прямого отношения к фотоэффекту, то есть к ионизации фотонами РЬ8, а служат для адаптации фотоэффекта с измерительным устройством, т. е. для обеспечения фотопроводимости ФЧЭ. Как уже было сказано, общее количество дырок определяется суммой термоионозованных носителец ро и эффективной концентрацией дырок р^ создаваемых прилипанием электронов к комплексам 0~. Избыточно высокие значения р! ведут к снижению чувствительности (г), а у «вакуумных» и «физических» она выше, чем у «химических» и относительному изменению ГРШ (ц Как правило с ростом концентрации ш р

Оизменение т существенно выше, чем изменение проводимости и иГРШ возрастает.

При х=30−500 мкс Рхапа=(0,5~ 100)• 10 см" в зависимости от технологии, поэтому иГРШ может захватывать широкий диапазон значений. У части /г <з физических" и «вакуумных» ФР с т=50 мкс и Дгаг7а=(0,5−4)-10 см" СПМШ можно разложить на две составляющие (ГРШ и 1//а). При частотах 600−800 Гц эти составляющие пересекаются и, начиная с этих частот, можно говорить от ГРШ.

У ФР с т=100−300 мкс характер изменения ГРШ в диапазоне 100−1000 Гц достаточно близок к шумам типа 1/.

Для регулирования концентрации 02 у «физических» структур необходимо создавать защитную пленку ланаркита с нужной степенью пористости, оптимальную с точки зрения избыточного шума, возможно, электронной или ионной бомбардировкой.

Для химических слоев с окислителем при высоких значениях т (500 мкс) ип, ш в диапазоне частот 50−1000 Гц превышает составляющую шума типа //а .

При Т~300 °С более чем на порядок ниже своего теоретического значения, определяемого флуктуациями фона. Это различие даже при высоком уровне ГРШ связывают со спектром 1//а .

Не следует комплекс 02 отождествлять с кислородом. Скорее он близок к (О-Н)~.

Высокотемпературный химический метод не оказался конкурентно-способным, прежде всего из-за малого линейного участка ВШХ. Да и при Е < 5 В/мм уровень шумов этих ФР существенно выше шумов ФР, изготовленных по другим технологиям. Их длинноволновая граница Л" на 0,2−0,3 мкм короче, чем у «вакуумных» ФР.

Будущее ФР на основе халькогенидов свинца несомненно связано с переходом к наноразмерным «смотрящим» матрицам [204]. Однако необходимо отметить, что у таких матриц, работа которых связана с частотным восприятием человеческого глаза, особое внимание необходимо уделять именно низкочастотному шуму [205]. С другой стороны, по-настоящему «наноразмерными» матрицы могут стать только в том случае, когда размеры их ФЧЭ (по одной из трех координат) будут соизмеримы с длиной волны де Бройля (для РёБ ЛБ <20 нм) или не превышать 1000 нм. Обеспечить такую размерность ФЧЭ поликристаллических пленок при существующих технологиях весьма проблематично: размеры кристаллитов, «химических» ФЧЭ около 1 мкм, структура «физических» слоиста и еще более неоднородна [199]. В связи с этим можно сказать, что для перехода к наноструктурам требуется пересмотр всей технологии изготовления ФЧЭ в плане поиски путей создания мелкодисперсных структур, обладающих малыми шумами типа 1/. При этом не исключено, что у отдельных «физических» ФР и особенно у вакуумных ФР низкочастотная составляющая шума может быть снижена (как у № 3' ФС12АА- 452, 304 ФСВ12А), и даже отсутствовать в диапазоне от 200 Гц и выше.