Как известно из литературных данных [1-5], регистрация слабой интенсивности инфракрасного излучения является одной из основных проблем в области оптоэлектроники. Чувствительность существующих инфракрасных фотоприёмников, работающих в основном на изменение фотосопротивления материала [1-5], недостаточна для регистрации низкой интенсивности инфракрасного излучения. Не все фотоприёмники могут регистрировать инфракрасные излучение при наличии фонового (интегрального) освещения. В настоящее время во многих областях науки и техники требуются высокочувствительные инфракрасные фотоприёмники, работающие при наличии достаточной интенсивности фонового освещения.

В связи с этим целью данной работы явилось изучение фотоэлектрических свойств сильно компенсированного кремния легированного марганцем с максимальной концентрацией электроактивных атомов в условиях сильной компенсации и возможности создания принципиально новых видов инфракрасных фотоприёмников, регистрирующих слабые потоки инфракрасного излучения при наличии достаточной интенсивности фонового освещения.

Для исследования в качестве исходного материала использован промышленный монокристаллический кремний КДБ-1, с концентрацией бора N_B=2·10¹⁶ см^-3. Сильно компенсированные материалы p-Si<B,Mn> с удельными сопротивлениями ρ=10²÷2·10⁵ Ом&#;см получали с помощью диффузии атомов марганца из газовой фазы [8] .

Спектральная зависимость фотопроводимости определялась на установке ИКС-21, в температуре Т=77 К при наличии фонового освещения. Фоновое освещение создавалось обычным интегральным освещением различной интенсивности. После установления стационарного значения фонового фототока, снималась спектральная примесная фотопроводимость в области инфракрасного излучения h&#&#61550;;</FONT> =0.2&divide;1.1 эВ. <P>Для исследования удельного сопротивления на коэффициент чувствительности материала нами исследовано спектральная зависимость фотопроводимости образцов с различными удельными сопротивлениями при наличии постоянного интегрального освещения. Из рисунка (рис.-1, крив.-1,2,3) видно, что независимо от удельного сопротивления образцов <SPAN LANG="en-US">p</SPAN>-<SPAN LANG="en-US">Si</SPAN>&lt;<SPAN LANG="en-US">B</SPAN>,<SPAN LANG="en-US">Mn</SPAN>&gt; значения фототока практически не меняются в интервале энергии падающих фотонов h<FONT FACE="Symbol">&#&#61550;;</FONT>=0.2&divide;0.4 эВ а, начиная с h<FONT FACE="Symbol">&#&#61550;;</FONT><FONT FACE="Symbol">&#&#61619;;</FONT>0.4 эВ происходит уменьшение фототока достаточно резко, т.е. имеет место инфракрасное гашение фотопроводимости [7]. Следует отметить, что в сильно компенсированных образцах <SPAN LANG="en-US">p</SPAN>-<SPAN LANG="en-US">Si</SPAN>&lt;<SPAN LANG="en-US">B</SPAN>,<SPAN LANG="en-US">Mn</SPAN>&gt; с удельным сопротивлением &rho;<FONT FACE="Symbol">&#&#61627;;</FONT>2&middot;10<SUP>5</SUP> Ом<FONT FACE="Symbol">&#&#61655;;</FONT>см, с увеличением энергии фотонов в интервале h<FONT FACE="Symbol">&#&#61550;;</FONT>=0.4&divide;0.48 эВ фототок уменьшается. Это гашение имеет своё максимальное значение при h<FONT FACE="Symbol">&#&#61550;;</FONT>=0.47&divide;0.48 эВ. При этом кратность гашения, т.е. уменьшение фототока относительно значения фонового тока (<A HREF="images/7e1873a4.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/7e1873a4.gif" NAME="Объект1" ALIGN=ABSMIDDLE WIDTH=78 HEIGHT=45></A>, где <A HREF="images/754603bc.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/754603bc.gif" NAME="Объект2" ALIGN=ABSMIDDLE WIDTH=27 HEIGHT=21></A>&ndash; значение фонового фототока, <A HREF="images/61aa46bd.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/61aa46bd.gif" NAME="Объект3" ALIGN=ABSMIDDLE WIDTH=52 HEIGHT=21></A>&ndash; значение фототока при дополнительном освещении инфракрасным светом) достигает 5&divide;6, порядков, т.е. всего в интервале энергии фотонов инфракрасного света h<FONT FACE="Symbol">&#&#61550;;</FONT>=0.4&divide;0.48 эВ фототок уменьшается на 5&divide;6 порядков. Дальнейшее увеличение энергии фотонов инфракрасного света приводит к уменьшению кратности гашения, а при h<FONT FACE="Symbol">&#&#61550;;</FONT>=0.57 эВ значении фонового фототока восстанавливается, т.е. процесс инфракрасного гашения фотопроводимости прекращается и затем, независимо от наличия достаточного значения фонового света (фонового фототока), начиная с h<FONT FACE="Symbol">&#&#61550;;</FONT><FONT FACE="Symbol">&#&#61619;;</FONT>0.57 эВ, наблюдается существенная примесная фотопроводимость. Таким образом, в интервале h<FONT FACE="Symbol">&#&#61550;;</FONT>=0.4&divide;1.1 эВ наблюдается достаточно высокая чувствительность этих образцов инфракрасного света при наличии фонового (интегрального) освещения. <P><A HREF="images/296ad351.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/296ad351.gif" NAME="Графический объект1" ALIGN=BOTTOM WIDTH=467 HEIGHT=354 BORDER=0></A><P> Рис.-1. Спектральная зависимость фотопроводимости в образцах р-Si&lt;В,Mn&gt; при Т=77 К, Е=20 В/см.<P> 1. &rho;<FONT FACE="Symbol">&#&#61627;;</FONT>2&middot;10<SUP>5</SUP> Омсм, 2. &rho;<FONT FACE="Symbol">&#&#61627;;</FONT>5&middot;10<SUP>4</SUP> Омсм, 3. &rho;<FONT FACE="Symbol">&#&#61627;;</FONT>4&middot;10<SUP>3</SUP> Омсм.<P> Результаты исследования показали, что в интервале энергии фотонов h<FONT FACE="Symbol">&#&#61550;;</FONT>=0.4&divide;0.48 эВ (где, в образцах <SPAN LANG="en-US">p</SPAN>-<SPAN LANG="en-US">Si</SPAN>&lt;<SPAN LANG="en-US">B</SPAN>,<SPAN LANG="en-US">Mn</SPAN>&gt; с удельным сопротивлением &rho;<FONT FACE="Symbol">&#&#61627;;</FONT>2&middot;10<SUP>5</SUP> Ом<FONT FACE="Symbol">&#&#61655;;</FONT>см кратность гашения составляет 6 порядков) с уменьшением удельного сопротивления материала кратность гашения уменьшается, и энергия, соответствующая максимальному значению гашения (крив.-1,2,3) смещается в сторону больших энергий. Также следует отметить, что такая сильная спектральная зависимость и аномально глубокое инфракрасное гашение фотопроводимости имеется в интервале значение фототока <A HREF="images/m29b7b0cc.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/m29b7b0cc.gif" NAME="Объект4" ALIGN=ABSMIDDLE WIDTH=139 HEIGHT=24></A>, т.е. в достаточно широком интервале значения фонового фототока.<P> Инфракрасное гашение фотопроводимости наблюдалось во многих фоточувствительных полупроводниковых материалах [6,7], однако столь глубокое инфракрасное гашение фотопроводимости (где кратность гашения составляет 6 порядков) как нами известно, ещё не обнаружено ни в одном полупроводниковом материале. <P>На рис.2 представлен спектр инфракрасного гашения фотопроводимости в образцах <SPAN LANG="en-US">p</SPAN>-<SPAN LANG="en-US">Si</SPAN>&lt;<SPAN LANG="en-US">B</SPAN>,<SPAN LANG="en-US">Mn</SPAN>&gt; с удельным сопротивлением &rho;<FONT FACE="Symbol">&#&#61627;;</FONT>2&middot;10<SUP>5</SUP> Ом<FONT FACE="Symbol">&#&#61655;;</FONT>см при наличии постоянного значения фонового тока при различной интенсивности (мощности). <P><A HREF="images/m3422439f.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/m3422439f.gif" NAME="Графический объект2" ALIGN=BOTTOM WIDTH=443 HEIGHT=336 BORDER=0></A><P> Рис.-2. Спектральная зависимость фотопроводимости в образцах р-Si&lt;В,Mn&gt; с удельным сопротивлением &rho;<FONT FACE="Symbol">&#&#61627;;</FONT>2&middot;10<SUP>5</SUP> Ом<FONT FACE="Symbol">&#&#61655;;</FONT>см при Т=77 К, Е=20 В/см, мощность инфракрасного излучения; 1.<A HREF="images/29780c50.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/29780c50.gif" NAME="Объект5" ALIGN=ABSMIDDLE WIDTH=110 HEIGHT=40></A>, 2.<A HREF="images/m73bd951d.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/m73bd951d.gif" NAME="Объект6" ALIGN=ABSMIDDLE WIDTH=123 HEIGHT=40></A>, 3. <A HREF="images/5052b48f.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/5052b48f.gif" NAME="Объект7" ALIGN=ABSMIDDLE WIDTH=135 HEIGHT=40></A> 4. <A HREF="images/57c82d4d.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/57c82d4d.gif" NAME="Объект8" ALIGN=ABSMIDDLE WIDTH=110 HEIGHT=40></A>.<P> Интенсивность инфракрасного излучения управлялась с помощью эталонного фильтра. Как видно из рисунка (крив.-1,2,3,4), с уменьшением интенсивности инфракрасного излучения начало и положение максимума гашения практически не меняется, а конец гашения слабо смещается в сторону меньшей длины волны инфракрасного подсветка. Установлено, что в зависимости от значения фонового тока минимальная пороговая мощность инфракрасного излучения составляет <A HREF="images/57c82d4d.gif" TARGET="_blank"><IMG src="https://articles-static-cdn.moluch.orgimages/57c82d4d.gif" NAME="Объект9" ALIGN=ABSMIDDLE WIDTH=110 HEIGHT=40></A>.<P> Результаты исследования показали, что в зависимости от значения фонового тока инфракрасное гашение фотопроводимости в сильно компенсированном кремнии легированном марганцем <SPAN LANG="en-US">p</SPAN>-<SPAN LANG="en-US">Si</SPAN>&lt;<SPAN LANG="en-US">B</SPAN>,<SPAN LANG="en-US">Mn</SPAN>&gt; с удельным сопротивлением &rho;<FONT FACE="Symbol">&#&#61627;;</FONT>2&middot;10<SUP>5</SUP> Ом<FONT FACE="Symbol">&#&#61655;;</FONT>см имеется в интервале температур Т=77&divide;180 К, т.е. температурная область работы таких фотоприёмников составляет Т=77&divide;180 К.<P> Определено оптимальное удельное сопротивление компенсированного кремния легированного марганцем для регистрации минимальной мощности инфракрасного излучения при наличии максимального значения интенсивности фонового света, а также экспериментально определены основные параметры таких фотоприемников в зависимости от удельного сопротивления самого материала.<P> <BR /> <DL> <DT>Литература:</DL> <OL> <LI><P> Р.Дж. Киес, П.В. Крузе, Э.Г. Патли и др. Фотоприёмники видимого и ИК диапазонов. Издательство: Радио и связь, 1985 г.<LI><P> О.Ермаков. Прикладная оптоэлектроника. Издательство: Техносфера, 2004 г.<LI><P> С.Зи. Физика полупроводниковых приборов 2 том. Москва, МИР. 1984 г. <LI><P>Э.А.Шевцов, М.Е. Белькин. Фотоприёмные устройства волоконно-оптических систем передачи. Издательство: Радио и связь, 1992 г. <LI><P>Э.Удда. Волоконно-оптические датчики. Издательство: Техносфера, 2008 г.<LI><P> Bakhodirkhanov M.K, Zikrillaev N.F, Sadullaev A.B. <SPAN LANG="en-US">Anomalli deep infrared quenching of photoconductivity in strongly compensated semiconductor. 5-th International Symposium on Advanced Materials, 25.09.1997 </SPAN>у<SPAN LANG="en-US"> . Pakistan.</SPAN></P> <LI><P>А.Роуз. Основы теории фотопроводимости. Мир. 1966 г.<LI><P> Б.И. Больтакс, М.К. Бахадирханов. Компенсированные кремний. Л. Наука 1972 г.</OL> <DL> <DL> <DD><P><BR /> </DL> </DL>