Статья: Низкофоновое субматричное ФПУ формата 288x32 на основе InSb с цифровым режимом ВЗН (2007)

Одним из способов, позволяющих реализовать систему кругового обзора панорамы с минимальными массогабаритными характеристиками, является способ цифровой компенсации поворота изображения. Настоящая статья посвящена изучению этого способа в целях создания основ математической модели такой системы, в основе которой должны лежать математические закономерности, описывающие движение каждого пикселя матричного фотоприемного устройства (МФПУ) в пространстве предметов.

Исследованы особенности роста, структура и фотоэлектрические свойства эпитаксиальных пленок Pb1-xMnxSe (х = 0,02—0,04), выращенных на подложках BaF2 (111) методом конденсации молекулярных пучков в вакууме 10-4 Па. Показано, что полученные пленки обладают высокой фоточувствительностью при температуре 77 K, спектральные характеристики которых варьируются посредством изменения х. Смещение максимума спектральной фоточувствительности в сторону более коротких волн с ростом х объясняется сильным возрастанием ширины запрещенной зоны твердых растворов Pb1-xMnxSe с увеличением содержания марганца.

Приведены результаты отработки метода, позволяющего в автоматизированном режиме, т. е. без участия наблюдателя-оператора в принятии решений о распознавании штриховых мир разной пространственной частоты и контраста, определять обеспечиваемую тепловизионным прибором (ТВП) минимально разрешаемую разность температур (МРРТ).

Раскрыта актуальность задачи обнаружения и подавления оптико-электронных средств, дана классификация их систем обнаружения и подавления, продемонстрированы системы обнаружения и подавления оптико-электронных средств, разработанные ФГУП «ЦКБ “Точприбор”», приведены перспективные пути развития данных систем.

Приведены схема и основные технические характеристики очков ночного видения с уменьшенным продольным габаритным размером. Дальность распознавания ростовой фигуры человека (звездная ночь) составляет не менее 200 м (ЭОП поколения 2+) или не менее 250 м (ЭОП поколения 3), угол поля зрения 48° увеличение 1х, диапазон фокусировки 0,25 м-∞, масса не более 450 г, напряжение питания 2,5—3 В от двух батарей типа АА. Очки имеют модульное исполнение. В них возможно введение дополнительных модулей для фото- или видеосъемки, дисплея или миниатюрного телевизионного монитора, а также сменных афокальных насадок с увеличением 2,5 х или 4х для увеличения дальности действия до 300— 350 м (2,5х) или 450—500 м (4х).

Рассмотрена прецизионная технология изготовления асферических элементов для использования в тепловизионном объективе, работающем в спектральном диапазоне 8—12,5 мкм.

Представлены результаты разработки и испытаний ряда модульных микрокриогенных систем (МКС) Сплит-Стирлинг, предназначенных для комплектации тепловизионных приборов наблюдения и прицеливания всех родов войск. Разработанные МКС позволяют криостатировать фоточувствительные элементы (ФЧЭ) фотоприемных устройств (ФПУ) различного типа на температурном уровне 75—80 К при тепловой нагрузке на МКС 0,3—2,0 Вт. Рассмотрены ближайшие перспективы совершенствования конструкции и улучшения характеристик.

Рассмотрены состояние и перспективы развития неохлаждаемых фотоэлектромагнитных приемников излучения на основе КРТ-соединений.

Экспериментально исследовано влияние сопротивления объема и приповерхностных варизонных слоев на электрофизические и фотоэлектрические характеристики МДП-структур, созданных на основе гетероэпитаксиального КРТ, выращенного методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Показано, что для структур без варизонного слоя при составе x = 0,22 в сильной инверсии дифференциальное сопротивление ОПЗ ограничено процессами туннельной рекомбинации через глубокие уровни.

Имплантацией мышьяка в слои HgCdTe n-типа, выращенные методом МЛЭ на подложках из GaAs, изготовлены p+-n-переходы. Профили распределения мышьяка после легирования были измерены с помощью вторичной ионной масс-спектроскопии (ВИМС). Для электрической активации атомов мышьяка применялся двухстадийный отжиг. Тестовые фотодиоды были изготовлены по меза-технологии. Плотность темнового тока для полученных фотодиодов при смещении U = –0,1 В составляет ∼0,04 А/см2. Значение произведения R0⋅A лежит в диапазоне 20—28 Ом⋅см2 (λs = 9,7 мкм). Оценка интегральной ампер-ваттной чувствительности дает значение S = 1,92 А/Вт.

Приведены методика и результаты расчетной оценки эффективности применения в приборном комплексе матричных фотоприемников (МФП) на основе многослойных структур с квантовыми ямами (МСКЯ).

Рассмотрены проблемы выработки облика нового поколения фотоприемных устройств (ФПУ) и создания системы параметров, необходимой и достаточной для исчерпывающей характеристики современных и перспективных ФПУ. Одной из существенных черт облика ФПУ нового поколения является способность оперативного изменения их характеристик для обеспечения адаптации ИК-приборов к условиям наблюдения не только по времени экспозиции, но и по спектральным, поляризационным и другим характеристикам. Предложено приступить к выработке современной единой системы параметров ФПУ и методик их измерения.

Рассмотрены состояние и проблемы совершенствования матричных фотоприемных устройств инфракрасного (ИК) диапазона.

Дано описание физических механизмов инжекционного усиления фотоэлектрических сигналов в “длинных” диодах, работающих при смещении в пропускном направлении — инжекционных фотодиодов. Показана возможность высокой фоточувствительности инжекционных фотодиодов в ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной и субмиллиметровой областях спектра. Приведены результаты экспериментальных исследований на разных полупроводниковых материалах.

Обсуждены перспективы применения полупроводниковых гетероструктур с квантовыми точками (КТ) в качестве нового материала для фотоприемников ИК-диапазона. Представлен обзор последних работ в этой области, рассмотрены основные направления исследований, связанных с улучшением параметров фотоприемников. Среди них: инженерия структур с КТ для подавления темнового тока путем включения дополнительных барьерных и туннельно-прозрачных слоев, использование техники роста “dot in well”, сверхрешетки на основе слоев КТ. Приведены результаты исследований продольной ИК-ФП в нелегированных структурах, фотопроводимости в диапазоне 1—2,7 мкм при комнатной температуре, вертикальной ФП в структурах с КТ и дополнительными барьерными слоями p+-GaAs. Показаны особенности продольной ИК-ФП в гетероструктурах с КТ, рассмотрены новые возможности применения фотоприемников на основе таких структур и приведены типичные характеристики чувствительности фотоприемников.

Разработано и изготовлено фотоприемное устройство (ИК-ФПУ) на основе МДП фотоприемников на автоэпитаксиальном слое InAs формата 8x8 элементов. Показано, что данное ИК-ФПУ обеспечивает определение координаты и времени прихода оптических импульсных сигналов с энергией 8·10-17 Дж/эл и точностью не хуже 100 нс.

Число элементов в смотрящих матрицах разных ИК-диапазонов становится все больше и больше, благодаря чему появляются системные решения многих вопросов. Компания “Софрадир” (Франция) усовершенствовала процесс создания чувствительного материала теллурида кадмия ртути (HgCdTe или КРТ) и подняла еще выше уровень технологии гибридизации, достигнув новых вершин в создании высокоэффективных смотрящих матриц. За последние годы были внедрены многочисленные усовершенствования для достижения еще большей однородности матриц чувствительных элементов в фокальной плоскости (МФП), реализации новых функций в мультиплексорах таких, как аналого-цифровое преобразование (АЦП), и наконец, была существенно повышена надежность всей сборки криостата с микрокриогенной системой охлаждения (МКС). В “среднем” ИК-диапазоне (МWIR) представлено высокоэффективное фотоприемное устройство (ФПУ) на КРТ размерности 1280x1024. Рассмотрены тенденции в разработке перспективных ФПУ.

Рассмотрены этапы и тенденции развития фотоприемных устройств на области спектра 3—5 и 8—12 мкм для применения в оптико-электронной аппаратуре специального и гражданского назначения. Проанализированы схемы построения фотоприемных устройств для работы в режиме временной задержки и накопления (ВЗН). Показаны преимущества концепции построения ВЗН-матриц, в которой аналоговое суммирование фотосигналов в фокальной плоскости заменено на цифровое суммирование вне фотоприемника в специализированном модуле электронной обработки (МЭО). Приведены характеристики матричных фотоприемных устройств второго поколения как многорядного, так и смотрящего типа, разработанных в ФГУП «НПО “Орион”». Сформулированы требования к основным характеристикам перспективных модульных фотоприемных устройств второго поколения (фотоприемник + блок электронной обработки + система охлаждения) для тепловизионной и теплопеленгационной аппаратуры.

Проанализированы основные тенденции развития фотоэлектроники и приборов ночного видения (по результатам XIX Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения). Обсуждаются наиболее интересные доклады: по тепловидению, фокальным матрицам, системам обработки информации с фокальных матриц и системам охлаждения приборов, вопросы конструирования электроннооптических систем, материаловедение для фотоэлектроники, в том числе органическое, физические явления и метрологические проблемы фотоэлектроники и др.

Обращенная магнитная конфигурация (FRC) — одна из наиболее перспективных альтернативных систем магнитного удержания с высокими β. В связи с проблемой аномального транспорта в FRC обсуждаются возможные скейлинги для времени удержания плазмы. Предложены скейлинги, основанные на различных физических предпосылках. Дан анализ соответствия предложенных скейлингов существующим экспериментальным данным.

Работа посвящена численному моделированию положительного столба разряда постоянного тока в поперечном потоке воздуха и является продолжением работы [1]. При расчете использовалась кинетическая модель, включающая 23 компоненты плазмы. Показано, что на начальной стадии развития разряда, когда поле в плазме выше порогового, поперечный размер разряда определяется скоростью волны ионизации, а на следующей стадии — диффузией активных частиц. На заключительном этапе на процессы в разряде начинает оказывать нагрев газа в центральной области, где начинают преобладать положительные ионы окиси азота.

Предложены модификация традиционного cпособа вычисления функции Грина для слоистой среды, существенно повышающая его точность, а также cпособ вычисления функции Грина, позволяющий контролировать точность расчета потенциала и приводящий к простым аналитическим выражениям. Способ основан на использовании свойств функций Бесселя и Струве. Приведен пример расчета. Результаты распространяются на широкий класс задач, решение которых основано на вычислении функции Грина для уравнения Лапласа в слоистой среде.

Представлены алгоритмы и программное обеспечение для моделирования магнитных электронных линз с произвольной осесимметричной геометрией обмоток и магнитопровода с учетом эффекта насыщения материала магнитопровода. Рассмотрены методы расчета хроматической и геометрических аберраций, а также статистической обработки совокупности траекторий электронов. Приведены результаты тестирования созданной программы и пример расчета магнитной электронной линзы.

Предложен общий подход к синтезу спектрографических систем для электронной спектроскопии, основанный на систематическом применении специальных принципов подобия классической механики и их обобщений. Введены новые классы электростатических лапласовых потенциалов как варианты электронно-оптических сред для реализации спектрографов. Доказаны обобщенные принципы подобия. Рассмотрена абстрактная схема синтеза спектрографов и приведены иллюстрирующие примеры.