Статья: Инженерный анализ конструкции фотоприемного устройства с интегрированной микрокриогенной системой (2011)

Впервые предложена концепция аэрозольного когерентного лидара с непрерывной опорной волной (ОВ), формируемой из излучения наносекундного лазера и наделяемой свойством мультиплицированной временной когерентности (МВК). Лидар использует одночастотный зондирующий лазер, не имеет гетеродина и совместим с ветровым доплеровским низкокогерентным лидаром с МВК опорной и сигнальной волн. Представлена оригинальная процедура восстановления мощности сигнальной волны аэрозольного лидара из хронограммы когерентной составляющей тока фотодетектора.

Рассмотрены методы и схемы построения комбинированных приборов ночного видения на основе электронно‐оптических преобразователей, тепловизионных, низкоуровневых телевизионных и лазерно‐дальномерных каналов.

Экспериментально исследованы фотоэлектрические и электрофизические характеристики МДП‐структур на основе гетероэпитаксиальной структуры (ГЭС) HgCdTe МЛЭ с неоднородным распределением состава CdТе. Показано, что увеличение состава CdТе на поверхности приводит к увеличению дифференциального сопротивления области пространственного заряда для МДП‐структур на основе p-Hg0,78Cd0,22Te. Наибольшее влияние периодических барьерных областей с резко повышенным составом CdТе на электрические характеристики МДП‐структур на основе n-Hg0,7Cd0,3Te проявляется при расположении этих областей вблизи границы раздела диэлектрик—полупроводник.

В работе описан и исследован прототип 128-канального модуля на основе GaAs детекторов ультрафиолетового излучения. Лабораторные испытания модуля показали высокое значение токовой чувствительности арсенид-галлиевого фотоприемника, равное 60— 120 мА/Вт в диапазоне 220—320 нм.

Экспериментально исследована генерация второй оптической гармоники (ГВГ) в гетероэпитаксиальных структурах теллурида кадмия—ртути (КРТ), выращенных методом молекулярно‐лучевой эпитаксии на подложках GaAs. Измерены зависимости интенсивности сигнала ГВГ от направления поляризации излучения накачки и позиции лазерного луча на исследуемых образцах как для монокристаллического слоя КРТ, так и для нанесенного на него функционального поликристаллического слоя CdTe. В первом случае сигнал строго детерминирован монокристалличностью и кристаллографической ориентацией слоя КРТ, а во втором — меняется от точки к точке из‐за неоднородности структуры поликристаллического слоя CdTe.

Спроектирована микросхема считывания для матрицы ИК‐фотодиодов на основе антимонида индия формата 640x512 с размером пикселя 24x24 мкм. Топология кристалла разработана для КМОП‐технологии с проектными нормами 0,8 мкм, одним уровнем поликремния и двумя уровнями металла.

Спроектирована микросхема считывания для матрицы ИК‐фотодиодов на основе InGaAs/InP формата 320x256 для приборов ночного видения. Топология кристалла разработана для КМОП‐технологии с проектными нормами 0,8 мкм, двумя уровнями поликремния и двумя уровнями металла.

Представлены результаты разработки двухдиапазонного (3—5 и 8—12 мкм) тепловизионного прибора на основе серийно выпускаемых в ФГУП «НПО “Орион”» матричных фотоприемных модулей из InSb и CdHg1-xTex формата 256x256 элементов.

Рассмотрено влияние факторов сцены и обработки на коррекцию неоднородности фотоприемных устройств. Коррелированность сцены, адаптивность обработки, исправление дефектов и микросканирование обеспечивают условия, приближающие возможности методов работы по сцене к коррекции по опорным сигналам.

Исследованы параметры двухспектрального фотоприемного устройства (ДФПУ) формата 2x2x288 элементов, изготовленного на основе гетероэпитаксиальной структуры КРТ, выращенной методом жидкофазной эпитаксии. Элементы спектрального диапазона 8—12 мкм располагаются на поверхности МФЧЭ в узкозонном фоточувствительном слое КРТ, а элементы спектрального диапазона 3—5 мкм — в кармане глубиной порядка 6 мкм в широкозонном фоточувствительном слое КРТ. Расстояние между фоточувствительными линейками 2x288 спектральных диапазонов 3—5 и 8—12 мкм составляет менее 100 мкм при шаге 28 мкм. Фотоэлектрические характеристики обоих многорядных фоточувстви-тельных линеек формата 2x288 элементов ДФПУ спектральных диапазонов 3—5 и 8—12 мкм близки к теоретическому пределу, обусловленному шумом фонового излучения.

Представлены конструкция и параметры фотоприемного устройства (ФПУ) спектрального диапазона 1,1—3 мкм на основе линейки InAs конденсаторов формата 2x192. Фотоприемное устройство может работать как с системой охлаждения микрокриогенной машины МСМГ-3В-1/80, так и в обычном заливном азотном криостате. Конструкция гибридного модуля обеспечивает стыкуемость 4 модулей без оптических зазоров в направлении сканирования.

Предложен полупроводниковый КРТ-болометр на эффекте разогрева электронного газа, который можно использовать для детектирования терагерцового и миллиметрового излучения. Оцененная эквивалентная шумовая мощность детектора сравнима по величине с NEP других известных неохлаждаемых терагерцовых приемников и составляет при комнатной температуре и нулевом смещении порядка 5·10-9 Вт/Гц1/2, а при Т =77 К порядка 8·10-10 Вт/Гц1/2. Проведен расчет распределения поля, наведенного планарной антенной, в системе антенна—детектирующий элемент.

Рассмотрено современное состояние и научно‐технологические предпосылки развития ряда базовых технологий инфракрасной фотоэлектроники: полупроводниковых фоточувствительных материалов, твердотельных фотопреобразователей для ИК-, УФ- и тера-герцовой областей электромагнитного излучения, многоспектральных и быстродействующих приборов, метаматериалов и нанотехнологий для создания новых классов оптикоэлектронной аппаратуры. Представлены результаты создания ряда фотоприемных устройств, “смотрящих” и ВЗН‐матриц из Cd02Hg08Te, InSb, InGaAs, GaPAs, PbS, PbSe, Si и Ge для областей спектра 8—12, 3—5, 1—2 мкм с числом элементов 2x96, 2x256, 4x288, 2х (2x288), 6x576, 128x128, 256x256, 320x256, 384x288 и др., систем цифровой обработки и синтеза изображений, матричных формирователей тепловизионного видеосигнала на их основе.

Проведен анализ тематики и докладов 21-й Международной научно‐технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, которая состоялась в Москве 25—28 мая 2010 г. Одновременно с конференцией была организована выставка.

Предложена электростатическая система, предназначенная для получения моноэнергетичного электронного пучка. Она состоит из основного фильтра по энергии в виде плоского зеркала с закрытыми торцами и дополнительного плоского конденсатора, компенсирующего начальный разброс по энергии. Получена аналитическая формула связи напряженностей этих полей. Проведены численные расчеты системы, которые показали, что энергетический разброс в электронном пучке на линии фокусов уменьшился на порядок по сравнению с начальным тепловым разбросом.

Представлены условия диссипативной самоорганизации шаровой молнии (ШМ) в молекулярном газе за счет регулярной коррекции упругого столкновения молекул воды и азота полем когерентной бигармонической световой волны (БСВ). Поле БСВ возникает за счет преобразования энергии разряда линейной молнии в световую энергию. ШМ состоит из двух компонент: ансамбля оптически активных диамагнитных наночастиц электрон—ион и стоячей волны эллиптической поляризации (СВЭП). Показано, что время жизни ШМ зависит от энергий, накопленных наночастицами и полем СВЭП, и от устойчивости автоколебания энергий между наночастицами и СВЭП.

Приведены результаты анодирования кремния и алюминия в кислородной плазме. Плазма образована несамостоятельным тлеющим разрядом с полым катодом, для возбуждения которого при давлении кислорода 20 Па применялся электронный пучок. Плотность тока через анодируемый образец не превышала 1,5 мА/см2, а его температура составляла 200— 250 °С. На поверхности алюминия и кремния формировались сплошные бездефектные пленки Al2O3 u SiO2. Скорости роста слоев окислов составили 150—200 нм/ч для Al2O3 u 400—800 нм/ч для SiO2.

Сопоставлены вольт‐амперные характеристики электронно‐дырочных структур, сформированных с использованием методов выращивания пленок р‐типа проводимости, термической диффузии и ионной имплантации атомов бора в n-типный слой поликристаллического кремния. Выявлена S-образная характеристика исследованных структур, обусловленная изменением проводимостей базы и границ зерен при термической обработке.

Получены уравнения и произведен расчет поляризации ядер в цепочках изотопа кремния 29Si в матрице 28Si. Поляризация обусловлена сверхтонким взаимодействием спинов ядер с возбужденными триплетными центрами. Предсказана возможность возникновения само-поддерживающейся поляризации ядерных спинов. Установлено, что при варьировании внешним магнитным полем происходит скачкообразное изменение количества поляризованных ядер до 600 раз. Аналогичный скачок величиной до 40 раз возникает также с ростом темпа инжекции носителей заряда.

Рассмотрена математическая модель воздействия мощного импульсного лазерного излучения на многослойную полупроводниковую структуру, состоящую как из прозрачных, так и из поглощающих излучение слоев.