Научный архив: статьи

Приведены результаты испытаний на безотказность работы трех групп многорядных и матричных фотоприемных устройств (МФПУ) ФУК5М формата 4x288 элементов и ФУК6М формата 384x288 элементов, предназначенных для аппаратуры регистрации тепловых изображений в спектральном диапазоне 8—12 мкм. В процессе испытаний контролировались средние значения вольтовой чувствительности Su и удельной обнаружительной способности D* каналов ФУК5М и фоточувствительных элементов (ФЧЭ) ФУК6М.

Рассмотрен метод коррекции неоднородности чувствительности многоэлементных фотоприемных устройств (ФПУ) без использования опорных источников однородного излучения. Метод решает актуальную для оптико-электронных систем ИК-диапазона спектра задачу устранения неоднородности сигналов из-за различий чувствительности отдельных элементов ФПУ к входному потоку излучения. Для определения корректирующих коэффициентов используются сигналы сцены, по которым для каждого элемента определяется пара корректирующих коэффициентов по смещению и чувствительности. Процесс коррекции состоит в периодически выполняемой процедуре определения корректирующих коэффициентов и непрерывно выполняемой процедуре корректирования сигналов. Рассмотрены способы технической реализации метода и получены расчетные выражения для определения корректирующих коэффициентов. Проанализированы факторы, характеризующие точность метода в зависимости от сцены, которые определяют его применимость как для матричных, так и для многорядных ФПУ со сканированием.

Рассмотрены вопросы оценки вероятности безотказной работы матричных фотоприемных устройств (МФПУ) через такие измеряемые параметры, как удельная обнаружительная способность, ограниченные шумом мощность (NEP) и облученность (NEI). Показано, что технические требования к МФПУ позволяют однозначно оценивать вероятность безотказной их работы.

В результате анализа физических процессов, проходящих в ИК-матричных фотоприемных устройствах (МФПУ) при их работе и хранении, разработаны методы ускоренных испытаний безотказности и сохраняемости этих устройств. Метод ускоренных испытаний безотказности основан на учете распределения величины скорости отказов на разных этапах рабочего цикла МФПУ и представляет собой метод с уплотнением рабочих циклов. Показано, что для охлаждаемых до температур жидкого азота матричных фотоприемников определяющее влияние на надежность оказывает число циклов “включение— выключение”. Метод ускоренных испытаний сохраняемости основан на контролируемом воздействии, ускоряющем процессы старения МФПУ. Экспериментально оценено влияние температурных воздействий на характеристики старения матричных фотоприемников на основе фотодиодов из КРТ. Разработанные методы позволяют существенно сократить время испытаний на безотказность и сохраняемость.

Спроектирована микросхема считывания для линейки ИК‐фотодиодов на основе КРТ формата 6x576 c ВЗН в холодной зоне. Сдвиг между элементами в направлении, перпендикулярном сканированию, — 14 мкм. Топология кристалла разработана для КМОП‐технологии с проектными нормами 0,8 мкм, двумя уровнями поликремния и двумя уровнями металла.

Проведено моделирование характеристики спектральной чувствительности фотодиодов, изготовленных на основе гетероэпитаксиальных структур тройных соединений кад-мий—ртуть—теллур (КРТ) с учетом прохождения ИК-излучения через оптические просветляющие покрытия, гетероэпитаксиальные слои КРТ и подложку. Для оценки квантовой эффективности фотодиодов использовались одномерные модели p-n-перехода с длинной и короткой базой. Обработка численными методами спектральных характеристик чувствительности фотодиодов позволила провести оценки длины диффузии неосновных носителей заряда, скорости поверхностной рекомбинации на границах раздела рабочих фоточувствительных слоев КРТ, фотоэлектрической взаимосвязи между соседними фотодиодами матричных фотоприемных устройств, изготовленных на основе ГЭС КРТ, выращенных методами жидкофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии.

Проведен анализ существующих моделей показателя преломления КРТ. Разработана усовершенствованная модель показателя преломления, основанная на уравнениях Хёви-Ван-дамма и Крамерса-Кронига. Усовершенствована методика определения характеристик многослойных ГЭС КРТ по спектрам ИК-пропускания. Использование новой модели показателя преломления позволило уменьшить значения среднеквадратичных отклонений расчётных зависимостей от экспериментальных на 1–2% для сложных структур, выращенных методами МЛЭ и осаждением из МОС.

Исследованы температурные зависимости фотоэлектрических параметров матриц фотодиодов инфракрасного диапазона 1–3 мкм на основе эпитаксиальной структуры КРТ состава x = 0,414, выращенной методом осаждения из металлоорганических соединений и ртути (MOC-эпитаксия). Показано, что высокие характеристики чувствительности фотодиодов КРТ при температурах охлаждения Т = 160–170 К позволяют применять фотоприемники на основе эпитаксиальных слоев КРТ, выращенных МОС-эпитаксией, в перспективной оптико-электронной аппаратуре.

Разработан новый метод определения квантовой эффективности и темнового тока фоточувствительных элементов матричных ФПУ. Метод основан на экспериментально опробованной аналитической модели этих устройств, позволяющей рассчитывать все их параметры, в том числе сигнал и шум приборов. Метод опробован и позволяет получить полный массив величин этих важнейших характеристик в матрицах фоточувствительных элементов. Метод позволяет быстро определить значения средней квантовой эффективности и темнового тока каждого фоточувствительного элемента матрицы и экспрессно квалифицировать качество приборов.

Проведены расчеты спектра поглощения полупроводникового соединения CdHgTe по теоретической модели, основанной на явлении собственного поглощения и общей теории прямых межзонных оптических переходов, принимая во внимание модель Кейна и выведенные из нее выражения энергии запрещенной зоны, квазиимпульса, края валентной зоны легких и тяжелых дырок. Исследованы спектры поглощения экспериментальных структур КРТ с эпитаксиальным слоем заданной толщины. Проведено сравнение измеренных и рассчитанных спектров поглощения структур КРТ.

Проведено исследование температурной зависимости ширины запрещенной зоны AlGaN. Разработаны и построены модели показателя преломления и коэффициента поглощения AlGaN. Разработана методика моделирования спектров УФ-пропускания по профилям состава многослойных гетероэпитаксиальных структур AlGaN.

Проведен анализ матричных фотоприемных устройств формата 320х256 элементов на основе гетероэпитаксиальных структур AlxGa1-xN (ГЭС InGaAs) с p─i─n-фотодиодами, работающих в режиме лавинного усиления. Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) с фоточувствительным слоем InGaAs i-типа проводимости выращивались методами мосгидридной эпитаксии (МОСГЭ) на подложках InP. Качество p─i─n-фотодиодов, работающих в режиме лавинного усиления, оценивалось по измерению вольт-амперных характеристик. Лавинное усиление начиналось при напряжениях минус 15 В, определен коэффициент лавинного усиления для архитектуры прибора с общей областью поглощения и усиления.