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)

В Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова при экспериментальном иссле-довании циклотронного резонанса однодолин-ных 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 воздей-ствии лазерного терагерцевого излучения. Ма-лая величина магнитных полей, соответст-вующих 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 теоретиче-ски изучена индуцированная модуляция плот-ности экситонов в гибридной системе (рис. 2), состоящей из пространственно разнесенных слоев двумерного электронного газа и непря-мых дипольных экситонов (например, в двой-ной квантовой яме), и показано, что благодаря взаимодействию с электронами, внешний по-тенциал вызывает фриделевские осцилляции плотности экситонов.

В Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова разработана серия устройств на основе неохлаждаемых матричных микро- болометрических приемников: тепловизионная камера с расширенными функциональными возможностями и с выводом изображения на малогабаритный жидкокристаллический экран (рис. 3). Опытный нашлемный прибор для ре-гистрации изображений в условиях ограничен-ной видимости (задымленность, туман, поро-ховые газы) испытан в реальных условиях для служб МЧС и других министерств и ведомств (рис. 4).

В этом же Институте разработано и изго-товлено двухспектральное фотоприемное уст-ройство (ДФПУ) на основе двухспектральной

фоточувствительной структуры в слоях ге-тероэпитаксиальных наноструктур кадмий—ртуть—теллур (КРТ), включающее двухспект-ральный фотоприемник форматом 288 × 4 на основе двухспектральных фоточувствительных элементов (рис. 5) в слоях гетероэпитаксиаль-

8

6

4

2

0

n2

n1

n0

n3

EFhω

6 6 , нм

8 нм

0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 В, Тл

ΔG

ph, отн

. ед.

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. Сплош-ные 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.

Примесь

Электронный газ

Экситонный газ

z0

b

0 x

d

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.

λ1

λ1

λ2

λ2>

Барьер

hυ

hυ

In In

In P P

P PN

N

GaAs GaAs

HgC

dTe

а б

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 39

ных наноструктур КРТ (ГЭНС КРТ) для спект-ральных диапазонов 3—5 мкм и 8—11 мкм, вакуумный криостатируемый корпус и микро-криогенную систему охлаждения. Показано, что двухспектральные фоточувствительные

элементы имеют чувствительность и диффе-ренциальное сопротивление фотодиодов R0 = = (2—5) × 109 Ом и R0 = (2—5)×108 Ом соот-ветственно 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 полупровод-ников им. А. В. Ржанова совместно с учены- ми Института геологии и минералогии им. А. В. Соболева выращен и исследован совер-шенный монокристалл Bi2Se3 (рис. 6, а), прояв-ляющий свойства топологического изолятора на поверхности (0001). Данные материалы яв-ляются изоляторами в объеме и проводящими на поверхности вследствие сильного спин-ор-битального взаимодействия. Методами рент- геновской фотоэлектронной спектроскопии,

атомно-силовой и сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии продемонстри-рована инертность поверхности скола (0001) монокристаллического Bi2Se3 к окислению (рис. 6, в—г).

В Институте физики полупроводников им. А. В. Ржанова создана новая схема регистра-ции одиночных фотонов с отрицательной по-лярностью потенциала на аноде фотодиода (рис. 7, а). Достигнутые параметры (квантовая эффективность 5 % (рис. 7, б) при вероятности

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,50 1000 2000 3000 4000 5000

Расстояние, нм

Высота

, нм

1,5 1,0 0,5 0Энергия связи, эВ

Ev Ec

VB

1 Å

–0,4 –0,3 –0,2 –0,1 0 0,1 0,2

Проводимо

сть,

нСм

1,2

1,1

1,0

0,9

0,8

0,7

Пример смещения, В

1 мкм

ба

в

г

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).

40 2. Основные результаты научных исследований

темнового импульса 10–4) удовлетворяют ос-новным требованиям для генерации квантово-го ключа в оптоволоконной линии связи. Со-бранные экспериментальные узлы передатчика

и приемника позволяют осуществлять переда-чу квантового ключа в одномодовом оптово-локонном канале длиной до 50—100 км.

1,00E-06

1,00E-05

1,00E-04

1,00E-03

1,00E-02

1 2 3 4 5 6 7 8 9Квантовая эффективность, %

Вероятность

появления

темнового

счета на

один строб

а б

Рис. 7. Общий вид модуля детекторов одиночных фотонов (а) и измеренная корреляция квантовой эффек-тивности и вероятности появления темновых отсчетов на один строб при частоте повторения лазерных им- пульсов 20 MГц для температуры лавинного фотодиода −50 °С и времени молчания 5 мкс (б).