Современная электроника №2/2025

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 7 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 2 / 2025 Рис. 1. Структурная схема сверхчувствительного тепловизора с конструкцией фотодетектора, в которой слои коллоидных квантовых точек вмонтированы в специальную интегральную схему Рис. 2. Микрофотография, полученная с помощью 3D атомно- силового микроскопа (АСМ) для структурированного массива самоорганизующихся квантовых точек InAs, выращенных на подложке GaAs методом MBE-DLIP Рис. 3. Этапы морфологических изменений плёнки InGaAs при нанесении на подложку GaAs методом «Странски–Краштанова» В настоящее время существуют технологии нанесения коллоидных квантовых точек (CQD) на слои под- ложек толщиной до 1 мкм. Подобные методы позволяют интегрировать коллоидные квантовые точеч- ные фотодиоды непосредственно в полупроводниковые металл-оксид- ные интегральные схемы. На рис. 1 показана структурная схема сверх- чувствительного тепловизора, спо- собного обрабатывать инфракрас- ный образ объектов, излучающих в диапазоне 400–1300 нм с разрешени- ем 640×512 пикселей (40 пар линий на миллиметр) при передаточной функции модуляции 50%. Такие фан- тастические характеристики полу- чены благодаря конструкции фото- детектора, включающей слои CQD, вмонтированные непосредственно в специально разработанную инте- гральную схему [8]. К другому классу устройств на осно- ве КТ можно отнести массивы полу- проводниковых КРЭ-нанокристаллов, включённых в монокристаллическую объёмную матрицу другого полу- проводника. Такие гетероструктуры содержат квантовые точки с узкой запрещённой зоной, выращенные на подложке из полупроводника с широ- кой запрещённой зоной. Обычно такие гетероструктуры содержат чередующиеся слои кванто- вых точек, разделённые слоями буфер- ного полупроводника. В качестве примера на рис. 2 пока- зана микрофотография, полученная на 3D атомно-силовом микроскопе (АСМ) для структурированного мас- сива самоорганизующихся кванто- вых точек InAs, выращенных на под- ложке GaAs. Эта гетероструктура на основе КТ была создана с помощью современного метода «молекулярно- лучевой эпитаксии с использовани- ем прямого лазерного интерферен- ционного формирования структуры» (Molecular Beam Epitaxy Assisted by Direct Laser Interference Patterning MBE-DLIP). Подобные матричные КРЭ- гетероструктуры содержат миллионы одиночных пирамидообразных кван- товых точек [9]. Именно эти гетероструктуры на основе квантовых точек используются в полупроводниковых инжекционных лазерах, разработкам которых посвя- тил свою жизнь Жорес Алфёров. Необходимо подчеркнуть, что для использования в полупроводниковых лазерах необходимы гетерострукту- ры, содержащие огромное количество однородных квантовых точек с разме- рами меньше длины волны де Брой- ля, плотно упакованных в кристалли- ческую полупроводниковую матрицу. Достаточно успешно, однако далеко не полностью на 100%, эту проблему удалось решить только в наши дни (рис. 2). На это потребовалось около тридцати лет напряжённых поисков и неудачных попыток. Попытки изготовления таких струк- тур регулярно предпринимались с начала 1990-х годов, однако ни одна из известных в то время технологий не позволяла изготовить CQD с параме- трами, близкими к идеальной кванто- вой точке. Массивы квантовых точек получались неоднородными, а энерге- тические спектры были размыты [10]. Ситуация резко изменилась после «реинкарнации» процесса роста моно- молекулярных плёнок на подложках. В очередной раз подтвердилась истинность формулы научного поис- ка: «новое – это хорошо забытое ста- рое». В 1938 году болгарские физики из «Университета Софии» Иван Стран- ский (Иван Николов Странски) и Любомир Краштанов (Любомир Кръстанов) предложили технологию двухэтапного процесса эпитаксиаль- ного выращивания тонких плёнок на поверхности кристаллов. Технология получила название по именам авто- ров «Stranski–Krastanov Growth – SK growth» (Странски–Краштанов, СК) [11]. Эта технология включает два основ- ных этапа (рис. 3). Сначала на подложку тем или иным способом наносится первый слой целевого вещества (InGaAs). При этом образуется тонкая плёнка Видимый слой PbS CQD Слой SWIR HgTe CQD Слой CQD MWIR HgTe Пассивирующий слой (SiN) Si ROIC Электрод Заполнено через (Al) Сетка заземляющего электрода (Au) Фотовозбужденные электроны Градуированные энергетические разрывы Генерирование Разделение Фотовозбужденные дырки Свет 13,8 нм 10,0 5,0 0,0 –5,0 –10,0 500 нм ( a ) ( c )