ПРИОРИТЕТНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ II.6. АКТУАЛЬНЫЕ

Физико-технические науки
37
ПРИОРИТЕТНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ II.6.
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ФИЗИКИ КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕД,
В ТОМ ЧИСЛЕ КВАНТОВОЙ МАКРОФИЗИКИ, МЕЗОСКОПИКИ,
ФИЗИКИ НАНОСТРУКТУР, СПИНТРОНИКИ, СВЕРХПРОВОДИМОСТИ
Программа II.6.1. Физика полупроводниковых наноструктур и квантовые эффекты
в полупроводниках (координатор акад. А. Л. Асеев)
фоточувствительной структуры в слоях гетероэпитаксиальных наноструктур кадмий—
ртуть—теллур (КРТ), включающее двухспектральный фотоприемник форматом 288 × 4 на
основе двухспектральных фоточувствительных
элементов (рис. 5) в слоях гетероэпитаксиаль8
ΔGph, отн. ед.
В Институте физики полупроводников им.
А. В. Ржанова при экспериментальном исследовании циклотронного резонанса однодолинных двумерных дираковских фермионов
(ДДФ) в квантовых ямах (КЯ) на основе HgTe
впервые в мире обнаружены переходы между
основным и первым, а также между первым и
вторым уровнями Ландау (рис. 1) при воздействии лазерного терагерцевого излучения. Малая величина магнитных полей, соответствующих циклотронному резонансу, а также
сильная зависимость положения резонанса от
концентрации электронов свидетельствуют о
дираковском характере спектра в таких КЯ.
Показано, что беспорядок играет важную роль
в формировании спектра ДДФ.
Учеными этого же Института теоретически изучена индуцированная модуляция плотности экситонов в гибридной системе (рис. 2),
состоящей из пространственно разнесенных
слоев двумерного электронного газа и непрямых дипольных экситонов (например, в двойной квантовой яме), и показано, что благодаря
взаимодействию с электронами, внешний потенциал вызывает фриделевские осцилляции
плотности экситонов.
В Институте физики полупроводников им.
А. В. Ржанова разработана серия устройств на
основе неохлаждаемых матричных микроболометрических приемников: тепловизионная
камера с расширенными функциональными
возможностями и с выводом изображения на
малогабаритный жидкокристаллический экран
(рис. 3). Опытный нашлемный прибор для регистрации изображений в условиях ограниченной видимости (задымленность, туман, пороховые газы) испытан в реальных условиях для
служб МЧС и других министерств и ведомств
(рис. 4).
В этом же Институте разработано и изготовлено двухспектральное фотоприемное устройство (ДФПУ) на основе двухспектральной
6
n3
6,6 нм
n2
hω EF
n1
4
2
n0
8 нм
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0 В, Тл
Рис. 1. Зависимости фотопроводимости ΔGph(B) для
Cd0,7Hg0,3Te/HgTe/Cd0,7Hg0,3Te КЯ толщиной 6,6 нм
(Ns = 7,2⋅1010 см–2) и 8,0 нм (Ns = 9,6⋅1011 см–2) при
облучении лазером с длиной волны 118 мкм. Сплошные линии — приближения лоренцевыми кривыми
с полуширинами 0,22 Тл (d = 6,6 нм) и 0,15 Тл (d =
= 8,0 нм). На вставке схематически изображены
положение уровня Ферми EF и оптический переход
между уровнями Ландау n1 → n2.
z0
Примесь
b
Электронный газ
d
Экситонный газ
0
x
Рис. 2. Схематическое изображение изучаемой
структуры.
38
2. Основные результаты научных исследований
а
б
Рис. 3. Общий вид микроболометрической головки (а) и тепловизионной камеры (б).
а
б
Рис. 4. Изображение спасателей в конце задымленного тоннеля на удалении 20 м (а)
и реальное изображение тоннеля со степенью задымленности 4 балла.
б
In
λ1
In
λ2
N
P
P
In
N
Барьер
P
P
HgCdTe
а
λ1 > λ2
GaAs
GaAs
hυ
hυ
Рис. 5. Схема отдельных диодов ДФЧЭ форматом 288 × 4 элементов на основе ГЭНС МЛЭ КРТ
с чувствительностью в спектральном диапазоне 3—5 мкм (а) и 8—11 мкм (б).
Физико-технические науки
ных наноструктур КРТ (ГЭНС КРТ) для спектральных диапазонов 3—5 мкм и 8—11 мкм,
вакуумный криостатируемый корпус и микрокриогенную систему охлаждения. Показано,
что двухспектральные фоточувствительные
39
элементы имеют чувствительность и дифференциальное сопротивление фотодиодов R0 =
= (2—5) × 109 Ом и R0 = (2—5)×108 Ом соответственно в обоих диапазонах спектра 3—5
и 8—11 мкм.
Программа II.6.2. Физика твердотельных устройств микро- и наноэлектроники
(координатор член-корр. РАН И. Г. Неизвестный)
Учеными Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова совместно с учеными Института геологии и минералогии им.
А. В. Соболева выращен и исследован совершенный монокристалл Bi2Se3 (рис. 6, а), проявляющий свойства топологического изолятора
на поверхности (0001). Данные материалы являются изоляторами в объеме и проводящими
на поверхности вследствие сильного спин-орбитального взаимодействия. Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии,
атомно-силовой и сканирующей туннельной
микроскопии и спектроскопии продемонстрирована инертность поверхности скола (0001)
монокристаллического Bi2Se3 к окислению
(рис. 6, в—г).
В Институте физики полупроводников им.
А. В. Ржанова создана новая схема регистрации одиночных фотонов с отрицательной полярностью потенциала на аноде фотодиода
(рис. 7, а). Достигнутые параметры (квантовая
эффективность 5 % (рис. 7, б) при вероятности
а
1,2
б
в
1 мкм
1,0
1,0
0,9
0,9
0,8
0,7
1,5 1,0 0,5 0
Энергия связи, эВ
Ev
–0,4
Ec
–0,3
–0,2 –0,1
0
Пример смещения, В
г
1Å
1,1
Высота, нм
Проводимость, нСм
VB
0,8
0,7
0,6
0,1
0,2
0,5
0
1000
2000
3000
Расстояние, нм
4000
5000
Рис. 6. Монокристалл Bi2Se3 со сколотой поверхностью (0001) (а), АСМ-изображение такой поверхности
(б), результаты СТМ-измерений (в), профиль микрорельефа вдоль линии на рисунке (г).
2. Основные результаты научных исследований
а
Вероятность появления темнового
счета на один строб
40
б
1,00E-02
1,00E-03
1,00E-04
1,00E-05
1,00E-06
1
2
3
4
5
6
7
8
Квантовая эффективность, %
9
Рис. 7. Общий вид модуля детекторов одиночных фотонов (а) и измеренная корреляция квантовой эффективности и вероятности появления темновых отсчетов на один строб при частоте повторения лазерных импульсов 20 MГц для температуры лавинного фотодиода −50 °С и времени молчания 5 мкс (б).
темнового импульса 10–4) удовлетворяют основным требованиям для генерации квантового ключа в оптоволоконной линии связи. Собранные экспериментальные узлы передатчика
и приемника позволяют осуществлять передачу квантового ключа в одномодовом оптоволоконном канале длиной до 50—100 км.