На правах рукописи

Кацоев Валерий Витальевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АРСЕНИДГАЛЛИЕВЫХ

ДЕТЕКТОРОВ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ С

РАЗДЕЛЕННЫМИ ОБЛАСТЯМИ НАКОПЛЕНИЯ И

СЧИТЫВАНИЯ ЗАРЯДА

Специальность: 01.04.10 – физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва – 2008

Работа выполнена на кафедре квантовой физики и наноэлектроники Московского государственного института электронной техники (технического университета)

Научный руководитель:

Ильичев Эдуард Анатольевич доктор физико-математических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Гергель Виктор Александрович доктор физико-математических наук, профессор Федорченко Станислав Николаевич кандидат технических наук

Ведущая организация: Московский физико-технический институт

Защита состоится «_»_2008 г. в _часов на заседании диссертационного совета Д212.134.01 при Московском государственном институте электронной техники (ТУ) по адресу: 124498, Москва, Зеленоград, МИЭТ (ТУ), проезд 4806, д.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института электронной техники (ТУ).

Автореферат разослан «_»_2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент Крупкина Т.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Информативность любого субатомного опыта напрямую определяется возможностями тех детекторов, которые в нём используются. История ядерной физики и физики частиц - это, по существу, история создания всё новых методов регистрации частиц и совершенствования старых. В настоящее время в арсенале физиков имеется большое число отдельных детекторов и детекторных систем.

Функции их многообразны - регистрация «события», определение энергетических и координатных характеристик частиц, избирательная регистрация определенной частицы на фоне других частиц.

Основой любой системы регистрации ионизирующего излучения являются детекторы, снабженные сервисной электроникой (схемы первичной обработки сигнала и средства ЭВМ), предназначенной для визуализации изображения. В качестве рабочего тела таких детекторов используются газы, жидкости, либо твердые тела.

Основным достоинством газовых детекторов, принцип действия которых основан на ионизации рабочего газа и пропорциональном преобразовании энергии кванта (частицы) в ток упомянутых ионов, является высокая стойкость к радиационным нагрузкам. К недостаткам относится неудовлетворительное пространственное разрешение, что препятствует их использованию в системах позиционирования пучка, либо распознавания плоских изображений. Кроме того, детекторы на основе газовых камер имеют длинные треки из ионизированных частиц, низкую поглощательную способность и большие геометрические размеры. В лучших пропорциональных счетчиках достигаются величины энергетического разрешения порядка 3% при энергии заряженных частиц ~1 МэВ. Плоские дрейфовые (проволочный газонаполненный ионизационный детектор) камеры больших размеров используются в экспериментах на ускорителях высоких энергий. Так в ЦЕРНе разработана дрейфовая камера размером 2х4х5 м3.

Ионизационные детекторы с жидким рабочим телом (с жидким аргоном и ксеноном) находят широкое применение. Создана жидкостная ионизационная камера с очень высоким пространственным разрешением (20 мкм). Лучшее энергетическое разрешение (34 кэВ) получено в LAr ионизационной камере для энергии квантов 976 кэВ, так что относительная величина энергетического разрешения составляет ~ 3,5%.

Другая область применения жидких ионизационных детекторов – это калориметры для измерения энергии релятивистских частиц.

Твердотельные, в частности полупроводниковые, детекторы имеют неоспоримые преимущества перед выше нами перечисленными: 1) высокое энергетическое разрешение (~ на 2 порядка выше прототипов) и быстродействие; 2) более высокая плотность регистрирующего вещества, что особенно существенно при регистрации фотонов и заряженных частиц высокой энергии. Такие детекторы могут быть как дискретными, так и многоэлементными (микрополосковые детекторы, либо матрицы). В настоящее время с их использованием связывают ряд крайне важных областей.

• Медицинские применения - цифровые рентгеновские маммографы и томографы с дозовой нагрузкой на пациента, более чем в 100 раз меньшей по сравнению с существующими аналогами. В частности, в сотрудничестве с производителем медицинского оборудования Vatech, компания Samsung Electronics в 2008 году разработала плоскопанельный рентгеновский детектор (flat panel X-ray detector, FPXD) для рентгеновских установок. Геометрические размеры матрицы, на которой формируется изображение, составляют 45 х 46 см (61 см по диагонали), разрешение — 3072 x 3072 пикселя (9,4 Мп).

Область применения детектора Samsung не ограничивается медициной. Например, FPXD может стать частью систем контроля качества строительства или систем безопасности в аэропортах.

В целом же, современный зарубежный цифровой комплекс для общей диагностики стоит 500 и более тысяч долларов (выпускают Hitachi (Япония), Aloka (Япония), General Electric (США), Siemens (Германия) и др).

неразрушающего контроля различных промышленных объектов, включая конструкции стратегических объектов – например, ядерные реакторы, трубы газопроводов; антитеррористический контроль, и т.д.

Например, металлооксидные полупроводниковые датчики сероводорода General Monitors (высокая чувствительность, воспроизводимость результатов, крепость конструкции и надежность работы в широком диапазоне температур и влажности) идеально подходят для применения на бурильных нефтегазодобывающих установках, на предприятиях нефтепереработки и производства нефтепродуктов, а также для целого ряда других промышленных применений, где присутствует сероводород. Возможность проводить одноточечное калибрование значительно снижает время и стоимость их обслуживания.

• Экологический и технологический контроль: координатные детекторы заряженных частиц для предприятий современной физики высоких энергий; системы экологического мониторинга окружающей среды и территорий атомных объектов, и т.д.

В настоящее время наибольшее распространение получили полупроводниковые детекторы из кристаллов кремния и сверхчистого германия (HPGe). Например, один из лучших гамма-спектрометров фирмы “Canberra” (США) с полупроводниковым детектором из HPGe с тонким бериллиевым окном имеет следующие характеристики: диапазон регистрируемых энергий - от 3 кэВ до 3 МэВ; энергетическое разрешение - 1,5 кэВ по линии 122 кэВ (относительная величина ~ 1,5%) от радионуклида Co57 и 2,2 кэВ, по линии 1332 КэВ от радионуклида Co60.

Лучшее пространственное разрешение (~10 мкм) достигнуто в кремниевых микростриповых детекторах; временнoе разрешение – 10-8 с.

Однако, современным кремниевым детекторам свойственен и ряд существенных недостатков. Так, в твердотельных детекторах на основе высокоомного кремния, области преобразования энергии кванта (частицы) в неравновесные электронно-дырочные пары и последующего считывания носителей в виде тока во внешнюю цепь пространственно совмещены. В силу этого, в такой конструкции, считывание заряда во внешнюю цепь приводит к потери информационного сигнала, а регистрируемые пороговые величины ионизирующих излучений, энергетическое разрешение и энергетические шумы определяются не только фоновыми («темновыми») токами, но и тепловыми и генерационно-рекомбинационными шумами, значительными при считывании токов в высокоомных материалах. К недостаткам кремниевых твердотельных детекторов относится также и их низкая стойкость к дозовым радиационным нагрузкам.

Последний из недостатков можно преодолеть посредством использования таких альтернативных твердотельных материалов как, например, арсенида галлия, искусственных алмазов и PbSeEu. Уровень развития технологии роста алмазных пленок и приборных технологий на алмазных материалах на сегодняшний день значительно уступает развитию кремниевых технологий. Твердые растворы на основе PbSeEu обладают значительной величиной коэффициента поглощения -квантов.

Однако, в силу узкозонности материала (необходимость охлаждения датчиков) и сложных технологических проблем реализации в них качественных p–n переходов (значительные токи утечки и малые пробойные поля при обратном смещении) трудно ожидать, что в ближайшие годы эти материалы составят значимую конкуренцию Si в этом качестве. Таким образом, учет физических характеристик материалов и достигнутый уровень развития на этих материалах ростовой и маршрутной технологий, позволяют ожидать, что наиболее значимую конкуренцию кремнию в области детектирования ионизирующих излучений (особенно в области больших энергий и потоков) может составить арсенид галлия и твердые растворы на его основе. В настоящее время множество лабораторий мира продолжают участвовать в разработках арсенид галлиевых детекторов резистивного и барьерного типов для указанных применений.

Между тем, актуальной остается задача создания детектирующих систем, способных регистрировать слабые потоки ионизирующего излучения. Это особенно важно в проектировании и изготовлении базовых модулей детектирующих систем в медицине, в развитии которых наблюдается устойчивая тенденция к снижению дозовых нагрузок на пациента, а также при разработке систем экологического мониторинга.

Целью настоящей работы является разработка и исследование активного детектора интегрального типа с низким порогом регистрации и низким уровнем шума, позволяющего регистрировать малые потоки ионизирующих излучений.

Достичь указанной цели предполагается посредством предложенной и запатентованной в нашей работе конструкции, позволяющей накапливать информационный заряд и неразрушающим образом считывать его в процессе накопления в любой желаемый момент времени. Это позволяет существенно понизить порог регистрации излучения. Основное конструктивное отличие такого детектора пространственное разделение области накопления заряда и цепи считывания информации о накопленном заряде. При этом, реализуется считывание информации о заряде либо токовое - по существенно менее шумящему каналу полевого транзистора, сформированного в эпитаксиальном проводящем слое, либо посредством считывания соответствующего информационному заряду потенциала. Предлагаемая конструкция позволяет детектировать плоские изображения в потоках частиц либо ионизирующих излучений. Потенциальный вариант считывания информационного заряда в таких конструкциях особенно эффективен при реализации детекторов пиксельной организации.

Одним из этапов разработки является выбор материала приемной области детектора. Он сделан в пользу полуизолирующего арсенида галлия. В рамках этого этапа разработки проведены теоретические исследования условий образования полуизолирующего GaAs.

1. Предложена модель возникновения физических механизмов и условий, приводящих к образованию полуизолирующего электронейтральности установлена математическая зависимость для данного материала концентрации свободных носителей заряда от концентрации ГЭЦ (глубоких энергетических центров) при заданной величине энергии залегания глубокого центра и суммарной концентрации мелкой акцепторной и донорной примеси. Исходя из полученных зависимостей определены оптимальные соотношения между легирующими компонентами материала, приводящие к реализации проводимости материала близкой к собственной.

2. Предложены принципы реализации низкопороговых детекторов и запатентованы конструкции дозиметрических детекторных ячеек с разделенными областями накопления и считывания заряда.

Детектор, изготовленный в рамках предложенной конструкции, позволяет преобразовывать энергию частиц либо квантов ионизирующего излучения в неравновесные электроннодырочные пары, накапливать и хранить информационный заряд и неразрушающим образом считывать во внешнюю цепь информацию о накопленном заряде в произвольный момент 3. Предложена физико-математическая модель процессов, протекающих в детекторах с разделенными областями накопления и считывания заряда, позволяющая в отличие от существующих моделей количественно оценить величину заряда на ловушках в произвольный момент времени как функцию потоков ионизирующих частиц, энергии ловушек, их концентрации и температуры.

Представлен новый класс активных детекторных устройств интегрального типа - детекторы с разделенными областями накопления и неразрушающего считывания информации, эффективных в качестве дозиметров слабых потоков ионизирующего излучения c низким порогом регистрации излучения и низким уровнем шума.

Основные результаты диссертационной работы были доложены на следующих конференциях:

XII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2005», Москва, МИЭТ XIII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2006», Москва, МИЭТ Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии»-НМТ-2006, Москва, МАТИ XIV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2007», Москва, МИЭТ Научная сеcсия МИФИ- XV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2008», Москва, МИЭТ 51-я научная конференция МФТИ, а также в выступлениях на семинарах в НИИФП им. Ф.В. Лукина По теме диссертационных исследований опубликовано 13 печатных работ, получено 1 авторское свидетельство и 2 патента РФ.

Диссертация состоит из 4 глав и Заключения, изложенных на страницах машинописного текста формата А4, содержит 34 рисунка иллюстраций и список использованных источников из 70 наименований.

1. Модель полуизолирующего GaAs, предложенная по результатам теоретических исследований, позволяющая определить условия необходимые для формирования полуизолирующего материала.

Отличительной особенностью предложенной модели является установление зависимости концентрации свободных носителей заряда (удельного сопротивления материала) от концентрации ГЭЦ и заданных параметрах материала - результирующей концентрации мелкой (легирующей) примеси NA-ND=1015 см-3 и глубины залегания ГЭЦ (относительно дна зоны проводимости 2. Принцип организации детекторных ячеек нового типа и их конструктивная реализация в виде ячеек с разделенными областями накопления и считывания заряда, а также физикоматематическая модель процессов, протекающих в указанных детекторных ячейках, позволяющая количественно оценить величину информационного заряда на ловушках в произвольный 3. Разработанный пакет программ для моделирования и расчета рабочих характеристик детектора, позволяющих рассчитать регистрируемый сигнал (ток, потенциал) в зависимости от параметров материала приемной области детектора (ГЭЦ и концентрации компенсирующей примеси) и температуры, путем численного расчета системы дифференциальных уравнений, заложенных в физико-математическую модель.

4. Технологический маршрут изготовления детекторов с разделенными областями накопления и считывания заряда и его В первой главе диссертации обосновывается актуальность работы, дан развернутый анализ состояния проблемы на сегодняшний день. Здесь же предложен подход к решению поставленной задачи, сформулированы основные положения выносимые на защиту, научная новизна и практическая ценность полученных результатов работы.

Актуальность определяется существующими проблемами в области развития детекторов и детекторных систем для задач позиционирования и регистрации дозовых нагрузок потоков частиц и квантов малой плотности и малых доз.

По результатам анализа существующего положения в этой области с учетом специфики такого альтернативного материала как полуизолирующий арсенид галлия (SI GaAs) были сформулированы цели и задачи диссертации.

Во второй главе диссертационной работы предложен подход к конструированию характеристик приемной области детектора. В предлагаемом детекторе с разделенными областями накопления и считывания заряда, который будет подробно рассмотрен и проанализирован в последующих главах диссертационной работы, в качестве слоя накопителя (приемный слой детектора) и хранителя информативного заряда предполагается использовать полуизолирующий слой арсенида галлия. Ожидания эффективности подхода от хранения заряда на ловушках (ГЭЦ) полуизолирующего слоя базируются на высоких значениях сечения взаимодействия квантов и высокоэнергетических частиц с арсенидом галлия и аномально больших сечениях захвата генерируемых неравновесных носителей ловушками высокомных кристаллов арсенида галлия.

Предложена и исследована физико-математическая модель образования полуизолирующего арсенида галлия. Проблема получения высококачественных монокристаллов полуизолирующего арсенида галлия, несмотря на свой преклонный возраст и значительность успехов в развитии приборных (в основном СВЧ) применений этого материала, продолжает оставаться острой. Нами предпринята попытка уточнения необходимых условий надежного воспроизводства слиточного полуизолирующего GaAs с заданными электрическими свойствами.

Предложена физико-математическая модель реализации физических механизмов и условий, приводящих к образованию полуизолирующего арсенида галлия.

Результатом анализа материала с использованием указанной модели, является установление зависимости концентрации свободных носителей заряда (удельного сопротивления материала) от концентрации глубоких энергетических центров (ГЭЦ) и компенсирующей примеси при постоянных параметрах материала: в частности, результирующей концентрации мелкой компенсирующей примеси NA-ND ~ 1015 см-3 и глубины залегания ГЭЦ EC-EDD ~Eg/2.

Уравнение электронейтральности, заложенное в модель, можно преобразовать с использованием соответствующих соотношений статистики к следующему виду:

Уравнение (1) позволяет получить функциональную связь между концентрацией свободных носителей, а также концентрацией, энергией и сечением захвата ГЭЦ и концентрацией мелкой компенсирующей примеси для материалов в присутствии глубоких энергетических центров и компенсирующей примеси. Оно является кубическим относительно n с переменным значением коэффициента при n. Численное решение данного уравнения, представленное на рис. 1, получено нами в программе MATLAB 7.0 и при комнатной температуре, определяет зависимости для n и p как функции концентрации глубокого уровня NDD при таких типичных параметрах для нелегированного полуизолирующего GaAs как ni=107 см-3 и NA-ND 1015 см-3.

Из рис.1 видно, что в диапазоне NA > ( ND + NDD ) материал имеет pтип проводимости. При NA - ND = 1015 см-3 появляются благоприятные условия для наблюдения устойчивого поведения близкого к «собственному», поскольку концентрация носителей остается в пределах величины ni несмотря даже на то, что для NDD допускаются изменения от 5·1015 до 5·1016 см-3. Если NDD > ( NA - ND ), то материал может иметь как n, так и p-тип проводимости, в зависимости от того больше или меньше значение величины концентрации электронов n по сравнению с собственной концентрацией ni. Также на рис.1 представлено решение предельного случая (NA - ND)=0. Сравнение двух решений на рис. демонстрирует чрезвычайную важность компенсации. Действительно, как следует из рисунка, концентрация носителей в случае (NA - ND)=0 на тричетыре порядка выше, чем в случае компенсации.

Рис.1. Решение уравнения (1) для p и n при комнатной температуре с постоянными значениями (NA-ND), EDD- EC ~Eg/2 и переменной NDD.

Рис.2. Решение уравнения (1) при энергии ГЭЦ EDD, расположенной выше и ниже центра зоны на величину 4kT.

На рис.2 показано два решения уравнения (1) в случае, когда глубокий уровень лежит примерно на 4kT выше и на 4kT ниже середины запрещенной зоны.

Если глубокий уровень донора лежит выше центра зоны, то, как видно из графика, диапазон NDD, в пределах которого концентрация свободных носителей близка к собственной, резко сужается, налагая экстремальные требования на однородность. С другой стороны, если глубокий уровень донора лежит ниже центра зоны, то потребуется большая концентрация глубоких центров для того, чтобы достичь концентраций близких к собственным. При этом высокая концентрация глубоких уровней будет понижать подвижность и возрастет интенсивность генерационно-рекомбинационных шумов.

полуизолирующего арсенида галлия, сформулированной в виде системы кинетических уравнений и уравнения баланса заряда, в условиях возможных переходов носителей в многуровневой энергетической системе, позволил уточнить оптимальные соотношения между легирующими компонентами материала. Результаты вычислений указывают на необходимость как наличия глубоких энергетических уровней, так и компенсирующих донорной и акцепторной мелкой примеси. Доказана важность нахождения ГЭЦ вблизи середины запрещенной зоны, что позволяет избежать необходимости включения чрезмерно большого количества глубоких энергетических центров в материал.

В этой же главе представлены новый класс детекторных устройств детекторы с разделенными областями накопления и считывания информации с двумя возможными вариантами считывания информационного заряда: токовым и диодным. Одно из преимуществ нашего подхода и конструкций – возможность регистрации слабых потоков ионизирующего излучения с низким порогом регистрации излучения и низким уровнем шума. Конструкция предлагаемого детектора с накоплением заряда позволяет преобразовывать энергию частиц либо квантов ионизирующего излучения в неравновесные электронно-дырочные пары, накапливать и хранить заряд на ловушках полуизолирующего слоя и неразрушающим образом считывать информацию о накопленном заряде (в том числе и текущую - в процессе накопления) во внешнюю цепь.

Конструкция прибора с «токовым» режимом считывания позволяет существенно повысить чувствительность, так как устраняет при считывании вклады тепловой и дробовой компонент шума, свойственные резистивным детекторам на основе высокоомного компенсированного материала (SI GaAs), так как реализует считывание информации о заряде по проводящему, существенно менее шумящему каналу полевого транзистора. Для детектирования плоских изображений в потоках частиц либо ионизирующих излучений с высоким пространственным разрешением предлагается барьерная (диодная) модификация многоэлементной конструкции детектора с накоплением заряда.

Локальное считывание информации об информационном заряде осуществляется посредством регистрации потенциала на электроде затвора, находящимся под «плавающим» потенциалом.

Представлена физико-математическая модель процессов накопления и считывания информации в предложенных детекторах с разделенными областями накопления и считывания. В рамках предложенной модели и в соответствии с разработанной процедурой расчета рабочих характеристик детектора оценены регистрирующие способности предлагаемого детектора в различных режимах его работы как при регистрации квантов оптического диапазона частот (ћ~Eg=1.43 эВ), так и при детектировании -частиц с первоначальной энергией E0=5 МэВ. Разработан пакет прикладных программ для моделирования и расчета рабочих характеристик детектора.

Третья глава диссертации посвящена изготовлению детекторов.

Выработаны требования к материалам и условиям эксплуатации детекторов, выбрана архитектура детекторной структуры. Разработан технологический маршрут изготовления детекторов с разделенными областями накопления и считывания информации. Разработана архитектура приборной структуры и топология рабочего кристалла, включающего обе упомянутые выше конструкции и тестовые элементы.

Изготовлен комплект фотошаблонов. Детекторы с разделенными областями накопления и считывания заряда в различных модификациях (дискретного и линейчатого типа) изготовлены в едином технологическом цикле в НОЦ “Квантовые приборы и нанотехнологии” (МИЭТ, Зеленград). Исходные эпитаксиальные структуры выращены Г. Галиевым в ИРЭ РАН.

В представленной на рис.3 конструкции изготовленный детектор («токовый» режим считывания информации) содержит:

арсенидгаллиевую подложку 1 с контактом к ней, полуизолирующий GaAs слой 2, изолирующий монокристаллический слой 3 из GaAlAs, легированный слой 4 GaAs n-типа проводимости, высоколегированный n+-слой 5, и расположенные на нем два омических (6 и 7) и один барьерный 8 контакты, барьерный контакт 9 в виде замкнутого кольца.

Кристалл содержит два уровня металлизации: 1-й уровень – барьерный контакт в виде замкнутого кольца для обеднения приемного слоя детектора по дыркам; 2-й – контактные площадки и гальваническая связь к областям стока, истока и затвора. Считывающая цепь, выполненная в виде транзитора, активная часть которого расположена на “мезе”, сформированной путем химического травления на заданную глубину. Функционально, формирование активной области в виде “мезы” выполняет межэлементную изоляцию в плоскости пластины.

Рис.3. Арсенидгаллиевый детектор ионизирующих излучений с разделенными областями накопления и считывания заряда (в транзисторном варианте).

Кристалл пассивируется оксидом кремния, в пленке которого с целью предотвращения зарядки диэлектрика ионизирующим излучением в процессе эксплуатации прибора, производится в SiO2 вскрытие приемных окон. Тестовые элементы включают тесты на вскрытие окон в диэлектрике, на электрическую прочность диэлектрика, на контактное сопротивление областей исток-стока, на характеристики контактов и барьеров Шоттки.

Четвертая глава диссертации посвящена исследованиям физических свойств материалов приемных слоев детекторов и процессов захвата, хранения и считывания ими информации.

Принципиальным отличием арсенидгаллиевых материалов и технологий является присутствие как неконтролируемых, так и сознательно введенных глубоких энергетических центров с концентрациями близкими (а нередко и превышающими) концентрации легирующей примеси. Определяющее влияние глубоких уровней подложек на механизмы транспорта в них носителей и параметры приборов и схем обосновано многочисленными теоретическими и экспериментальными исследованиями.

В рамках настоящей работы выполнены экспериментальные электропроводности полуизолирующего GaAs в зависимости от параметров ГЭЦ. Для определения последних используется неразрушающий метод локальной диагностики параметров ловушек в полуизолирующих материалах, - РОСГУ (метод релаксационной оптоэлектронной спектроскопии глубоких уровней). Изучение механизмов проводимости полуизолирующих материалов проводилось на лабораторных измерительных стендах. В результате установлено, что ток через ячейку ограничивается объемом i-слоя, а не барьерными контактами (по механизму Френкеля-Пула).

Результаты измерений параметров ловушек в приемном слое использованы при обработке промоделированных зависимостей рабочих характеристик детекторов в зависимости от параметров детектируемого пучка.

В Заключении перечислены результаты работы, сформулированы основные положения.

Основные результаты и выводы 1. Определены условия, выполнение которых позволяет энергетическими центрами полуизолирующем арсениде галлия при комнатной температуре проводимость близкую к собственной проводимости арсенида галлия. Результаты вычислений указывают на необходимость наличия глубоких энергетических уровней, концентрация которых больше, но по порядку величины сравнима с разностной концентрацией мелкой примеси. Доказана важность нахождения ГЭЦ в середине запрещенной зоны, что позволяет избежать необходимости включения чрезмерно большого количества глубоких энергетических центров в материал.

2. В рамках разработанной физико-математической модели проведено моделирование и расчет рабочих характеристик детектора с разделенными областями накопления и считывания заряда при детектировании квантов оптического диапозона частот (ћ~Eg=1.43 эВ) и -частиц (E0=5 МэВ).

Выполнено это в программном модуле Simulink и в программах, разработанных автором в математическом пакете Matlab. В режиме накопления заряда на ловушках приемного слоя детектора установлена зависимость тока транзистора от времени накопления заряда IDS=IDS(t) и от 3. Получены два патента РФ на предложенные конструкции арсенидгаллиевых детекторов с разделенными областями накопления и считывания заряда в потенциальном и токовом режимах (диодный и транзиторный вариант) считывания 4. Разработан и представлен технологический маршрут изготовления детекторов с разделенными областями накопления и считывания заряда; изготовлены лабораторные образцы детекторных структур с разделенными областями модификациях (дискретного и линейчатого типа).

5. Проведены экспериментальные исследования в области накопления и хранения заряда в детекторах с разделенными областями накопления и считывания заряда. В частности, проведены измерения кинетических коэффициентов, исследованы механизмы транспорта заряда, а также проведены измерения энергетического спектра ловушек в области накопления и хранения заряда.

Основные результаты опубликованы в следующих работах 1. Кацоев В. В., Кацоев Л. В., Болотов И. Н. «Особенности разработки арсенидгаллиевых детекторов ионизирующих излучений», XII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2005», Тезисы докладов, стр. 21, Москва, 2005.

2. Кацоев В. В. «Разработка конструкции твердотельных детекторов на основе арсенида галлия», XIII Всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2006», Тезисы докладов, стр.

10, Москва, 2006.

3. Кацоев В.В. «Разработка арсенидгаллиевых детекторов с разделенными областями накопления и считывания заряда», Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии»-НМТ-2006, Тезисы докладов, стр. 33, Москва, 4. Кацоев В. В. «Компенсация глубокими уровнями в образовании полуизолирующего GaAs», XIV Всероссийская межвузовская научнотехническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2007», Тезисы докладов, стр. 9, Москва, 2007.

5. Кацоев В.В. «Разработка конструкции и технологического маршрута изготовления арсенидгаллиевых детекторов с разделенными областями накопления и считывания заряда», Сб. научных трудов «Нанотехнологии в электронике», стр.123-129, Москва, 2007.

6. Горбацевич А.А., Егоркин В.И., Ильичев Э.А., Кацоев В.В., Кацоев Л.В., Полторацкий Э.А., Ревенко В.Г., Шмелев С.С. Твердотельный детектор ионизирующих излучений. Патент РФ №2307425, приоритет от 24.04.2006, выдано 27.02.2007.

7. Горбацевич А.А., Егоркин В.И., Ильичев Э.А., Кацоев В,В., Кацоев Арсенидгаллиевый детектор ионизирующих излучений. Патент РФ №2307426, приоритет от 24.04.2006, выдано 27.02.2007.

8. Кацоев Л.В., Кацоев В.В., Ильичев Э.А., Гореленок А.Т., Томасов А.А., Шмидт Н.М., Иванников А.Е., Федоров П.А. «Разработка детекторных модулей, включающих собственно детекторы на основе GaAs и умножители потока электронов на основе микро(нано) структурировнных алмазных пленок», Научная сеcсия МИФИ-2008, Тезисы докладов, Т.8, стр. 104-105.

9. Кацоев В.В., Кацоев Л.В., Ильичев Э.А “К вопросу о роли глубоких энергетических центров в компесации примесей в полуизолирующем арсениде галлия”// Микроэлектроника, №5, 2008.

10. Кацоев В.В., Кацоев Л.В., Ильичев Э.А “Оптимизация геометрии структуры арсенидгалиевых детекторов с учетом рекомбинационных потерь” // Электроника. Известия ВУЗов, №4, 2008.

11. Кацоев В.В. «Разработка детекторов с накоплением информативного заряда на основе мезаструктур», XV Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2008», Тезисы докладов, стр. 8, Москва, 2008.

12. Ильичев Э.А., Кацоев В.В., Кацоев Л.В.// Авт. Свид. №2007630011, приоритет от 26.12.2006, выдано 21.02. 13. Кацоев В.В., Кацоев Л.В. “Детекторные модули ионизирующих излучений для высокоэнергетических систем”, Труды 51-й научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук», Ч. V, cтр. 232-234, Москва, 2008.

Подписано в печать Тираж 70 экз. Уч.-изд. Л. 1,2. Формат 6084 1/ Заказ № Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, МИЭТ (ТУ), проезд 4806, д.