Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Разработана технологии создания пиксельных контактов матричных HR GaAs:Cr сенсоров с шагом пикселей 55 мкм. Технологии позволяет уменьшить диаметра «окна» металлизации (UBM) для последующего формирования столбиковых выводов до 25 мкм. Технология может быть использована для создания пиксельных сенсоров на пластинах HR GaAs:Cr диаметром до 4 дюймов. Разработана технологии создания общего контакта матричных HR GaAs:Cr сенсоров сна основе тонких пленок VNi/Al с общей толщиной 1 мкм. Контакт имеет хорошую адгезию к поверхности HR GaAs:Cr, позволяет формировать электрические выводы проволочной микросваркой и обеспечивает пропускание не менее 98% в диапазоне энергий рентгеновского излучения от 10 кэВ и выше. Изготовлены 4 дюймовые пластины HR GaAs:Cr с толщиной 550 мкм и средней величиной удельного сопротивления на уровне 1.6 ГОм×см с неоднородностью распределения удельного сопротивления не более 30 % Установлено, что при величине удельного сопротивления на уровне 1.6 ГОм×см и холловской подвижности 2500 см2/(В×) величина (µ×tay)n достигает (1.8 – 2.0)×10-4 см2/В. Показано, что при средней величине удельного сопротивления 1.6 ГОм×см и неоднородности распределения не более 30 % отсутствует корреляция между величинами удельного сопротивления и (µ×tau)n; На основе 4 дюймовых пластин HR GaAs:Cr изготовлены пиксельные HR GaAs:Cr сенсоры размерностью 256×256, 512×768 с оптимизированной топологией. Показано, что характерный вид распределения скорости счета по площади сенсора определяется наличием дислокационной сетки, обусловленной технологией роста исходных кристаллов n-GaAs. Установлено, что дислокационная сетка выявляется в проходящем ближнем ИК излучении с длиной волны 900-930 нм. Показано, что использование операции «выравнивание уровня белого» (flat field correction) позволяет получать качественные рентгеновские изображения. Вместе с тем на некоторых сенсорах были выявлены локальные области с размерами 200 - 800 мкм со скоростью счета, значительно отличающейся от средней по сенсору.Природа и причины появления таких областей требуют дальнейших исследований.

Аннотация результатов, полученных в 2019 году
В результате выполнения промежуточного этапа научных исследований (этап 2) получены следующие результаты: - изготовлены 12 HR GaAs пластин детекторного материала диаметром 4-дюйма с улучшенными характеристиками: величина удельного сопротивления не менее 1 ГОм×см, неоднородность по удельному сопротивлению не более +/- 30%, величина произведения подвижности на время жизни электронов (mu×tau) не менее 0.0001 см2/В; - с использованием улучшенных технологий пиксельного и общего контактов, обеспечивающих «окно» для UBM с диаметром 25 мкм на каждом пикселе и общий контакт с 95 % пропусканием квантов с энергией более 15 кэВ, изготовлены 4 матричных HR GaAs:Cr сенсора с размерностью 1536x512 пикселей; - оптимизирована технология дисковой резки сенсоров, обеспечивающая уменьшение размеров дефектной краевой области сенсоров менее 50 мкм; - отработана технологии компенсации пластин n-GaAs, выращенных вертикальным методом Бриджмена (VGF). Показано, что технология позволяет получать HR GaAs:Cr материал с удельным сопротивлением не менее 1 ГОм×см; - отработана бесконтактная методика выявления локальных неоднородностей в HR GaAs:Cr пластинах диаметром 4 дюйма путем их визуализации в проходящего ближнем ИК излучении; - экспериментально установлено наличие корреляции между распределением локальных оптических неоднородностей в HR GaAs:Cr пластинах в проходящем ближнем ИК и распределением локальной неоднородности скорости счета по площади сенсоров, изготовленных из этих пластин; - отработана бесконтактной методика измерения распределения фоточувствительности по площади HR GaAs:Cr пластин диаметром 4 дюйма; - экспериментальное показано наличия корреляции между распределением фоточувствительности в HR GaAs:Cr пластинах и распределением эффективности сбора заряда в сенсорах, изготовленных из этих пластин. Результаты, полученные на этапе 2 (2019 г.) проекта, представлены на международных конференциях IWORID 2019 (г. Ханья, Крит, Греция), 34 FCAL Workshop (г. Гамбург, Германия), HIZPAD Workshop 2019 (г. Дидкот, Великобритания), III Международная научная конференция «Наука будущего» (г. Сочи, РФ) и опубликованы в рецензируемых журналах Journal of Instrumentation (2 статьи) и Superlattices and Microstructures (1 статья).

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В результате выполнения исследований на заключительном этапе проекта (2020 г) получены следующие результаты. Выполнен сравнительный анализ зависимости характеристик HR GaAs:Cr материала и сенсоров от технологии роста (VGF и LEC) исходных n-GaAs кристаллов. Экспериментально показано: - наличие крупномасштабных (до 500 мкм в диаметре) дефектов типа «bubbles» в LEC HR GaAs:Cr пластинах обусловлено их присутствием в исходном LEC n-GaAs; - VGF n-GaAs материал характеризуется отсутствием «bubbles» по всей длине кристалла, а также более крупными ячейками (до 1-2 мм) дислокационной сетки по сравнению с LEC n-GaAs; - постростовый отжиг пластин LEC n-GaAs существенно снижает концентрацию «bubbles» дефектов в соответствующих пластинах LEC HR GaAs:Cr, при этом величина произведения подвижности на временя жизни неравновесных электронов достигает значений 0.0001 кв.см/В; - постростовый отжиг кристаллов VGF n-GaAs позволяет изготавливать термостабильный «bubbles free» VGF HR GaAs:Cr материал, имеющий величину произведения подвижности на временя жизни неравновесных электронов 0.00005 кв.см/В. Таким образом, технология LEC обеспечивает изготовление HR GaAs:Cr материала и сенсоров с более высокими характеристиками, по сравнению с технологией VGF. Сформирован технологический задел и изготовлены опытные образцы матричных HR GaAs:Cr сенсоров с шагом чувствительных элементов 20 мкм. Выполнены исследования фазового и компонентного состава локальных неоднородностей в HR GaAs:Cr материале. Установлено: - в LEC HR GaAs:Cr материале, как в области «bubble» дефекта, так и в бездефектной области соотношение базовых элементов Ga и As соответствует стехиометрическому соотношению для GaAs; - концентрация примесных атомов в LEC HR GaAs:Cr в области «bubble» дефектов существенно меньше 10^20 см^-3; - в первом приближении «bubble» дефекты в LEC HR GaAs:Cr могут быть представлены вложенными друг в друга сферами: центральной, промежуточной и внешней при этом диаметр внешней сферы может достигать 1 мм; - в пределах «bubble» дефекта концентрация глубоких уровней распределяется неравномерно и может иметь как максимум, так и минимум в центре «bubble» дефекта, что обусловлено различными стадиями развития подобных дефектов. Показано, что основными факторами, приводящими к формированию локальных неоднородностей типа ««bubble»» в LEC n-GaAs материале являются стехиометричность компонентов во время выращивания кристалла и режим постростового отжига. Проведены исследования глубоких уровней, содержащихся в HR GaAs:Cr материале. Сформулирован перечень доминирующих глубоких уровней в HR GaAs:Cr материале и выполнена оценка их влияния на характеристики HR GaAs:Cr материала и сенсоров. Разработана четырехуровневая модель, включающая глубокие и мелкие акцепторы и доноры, которая позволяет качественно и количественно оценивать и прогнозировать характеристики HR GaAs:Cr материала и сенсоров на его основе. Установлено, что наилучшее качественное и количественное совпадение расчетных и экспериментальных величин времени жизни неравновесных носителей заряда, холловской подвижности и удельного сопротивления HR GaAs:Cr материала достигается при использовании концентрации EL2 центров в диапазоне (1 – 3)×1015 см^-3, концентрации Cr равной 1×10^17 см^-3, концентрации термоакцепторов в диапазоне (1 – 4)×10^16 см^-3. Показано, что доминирующими глубокими уровнями, определяющими время жизни неравновесных электронов и дырок в LEC HR GaAs:Cr, являются ионизованные EL2+ центры и ионы Cr-, соответственно. Установлено, что HR GaAs:Cr сенсоры характеризуются слабой температурной зависимостью эффективности сбора заряда в диапазоне температур «+» 10 С – «+» 50 С. Выполнен анализ результатов проекта в целом. Показано, что выполненные исследования и сформированный технологический задел позволяют изготавливать HR GaAs:Cr с размерностью 1536x512 пикселей, с шагом пикселей 20 мкм, с 95 % пропусканием квантов с энергией более 15 кэВ, обеспечивающие эффективную регистрацию и формирование изображения в рентгеновском излучении с энергией 15-80 кэВ. В ходе выполнения проекта было показано, что использование матричных HR GaAs:Cr сенсоров в качестве чувствительных элементов комптоновского рентгеновского микроскопа позволяет получать изображения биологических объектов с пространственным разрешением на уровне 100 нм при облучении 30-60 кэВ квантами и при значительно меньшей дозе по сравнению с системами в проходящем излучении. Результаты, полученные на этапе 3 (2020 г.) проекта, представлены на международной онлайн конференции IEEE 2020 (https://nssmic.ieee.org/2020/) и опубликованы в рецензируемых журналах: Journal of Instrumentation (Q1) - 2 статьи; Физика и техника полупроводников (Q3, 2020, том 54, вып. 6) – 1 статья. Задачи этапа и проекта в целом, находящиеся в сфере ответственности российского исполнителя, решены в полном объёме.