Современные тенденции развития фотоэлектроники (Обзор материалов XXVI Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения) (2022)
25–27 мая 2022 года в Государственном научном центре Российской Федерации Акционерном обществе «НПО «Орион» состоялась XXVI Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения.
On May 25–27, 2022, the XXVI International Scientific and Technical Conference on Photoelec-tronics and Night Vision Devices was held at the State Scientific Center of the Russian Federation Joint Stock Company NPO Orion.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/2307-4469-2022-10-4-351-380
- eLIBRARY ID
- 49432931
Завершая далеко не полный обзор докладов XXVI Международной конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, хочется отметить, что фотоэлектроника – это стремительно развивающееся направление со-временной физики и техники. Процесс развития и совершенствования фотоэлектроники стремится к бесконечности. Технологии инфракрасной оптоэлектроники и фотоники признаны в мире критическими технологиями, определяющими уровень научного и технологического развития страны. В последнее десятилетие в матричной фотоэлектронике инфракрасного диапазона наметился целый ряд новых направлений и тенденций, связанных с повышением разрешающей способности систем, усовершенствованием методов регистрации сверхслабых оптических сигналов, созданием быстродействующих и многоспектральных систем, формированием инфракрасных 3D-изображений и др. Материалы на основе твердых растворов теллурида кадмия и ртути (КРТ) в настоящее время являются базовым материалом для создания инфракрасных фотоприемных устройств, работающих во всех диапазонах ИК-спектра. Уменьшение шага и повышение формата является всеобщим трендом практически для всех мировых разработчиков и производителей матричных фотоприемных устройств. Вместе с тем, участниками отмечены ключевые моменты развития и применения новых материалов и структур, возникновение новых технологий и конструкций, создание новых источников ИК-излучения, расширение номенклатуры решаемых задач.
По мнению участников конференции, основными тенденциями развития технологий фотосенсорики ИК-диапазона являются:
– разработка и совершенствование методами гетероэпитаксиальной инженерии исходных полупроводниковых фоточувствительных материалов и структур для устойчивого выпуска МФПУ всех спектральных диапазонов, создания двух- и многоспектральных МФПУ, а также МФПУ для гиперспектральных систем, создания МФПУ с различными дополнительными функциональными возможностями, в том числе МФПУ с лавинным усилением, и МФПУ сверхдлинноволнового диапазона (>14 мкм);
– создание ИК-матриц фоточувствительных элементов с уменьшенным шагом элементов вплоть до 5 мкм, обеспечивающих формирование мегапиксельных матриц с низкой дефектностью и малой взаимосвязью, а также их гибридизацию с кремниевыми мультиплексорами;
– создание кремниевых БИС-считывания для криогенных температур с цифровой предобработкой, малым шагом и числом входных ячеек 106–107;
– разработка типоряда микрокриогенных систем охлаждения, в том числе на промежуточные температуры для «высокотемпературных» МФПУ;
– развитие новых принципов и материалов для регистрации ИК-излучения, включая коллоидные квантовые точки, графен, другие 2D-структуры и т. п.;
– увеличение формата фотоприемных устройств, уменьшение размера пикселя и снижение массогабаритных характеристик, а также стоимости ИК ФПУ;
– разработка процессов выращивания фоточувствительных структур на «альтернативных подложках» большого диаметра;
– дальнейшие исследования перспективных материалов для ИК фотоприёмников на основе множественных CdxHg1-xTe квантовых ям;
– развитие изделий фотоники, обусловленное созданием многослойных гетероструктур группы материалов А3В5 на основе квантово-размерных структур и короткопереходных сверхрешеток;
– активно исследуются для применения в фотосенсорике и находят своё место в промышленных образцах матричных фотоприемников ближнего и коротковолнового ИК-диапазонов нанодисперсные материалы, в первую очередь такие, как коллоидные квантовые точки и двумерные наночастицы слоистых полупроводников;
– использование новых физических принципов приема излучения, в том числе на основе низкоразмерных материалов;
– новым подходом к расширению возможности тепловизионных приемников является применение эффекта поляризации излучения.
Подводя итог, участники высоко оценили работу конференции в целом, как научно-технические результаты, так и общую атмосферу проведения мероприятия, отметив важность обмена опытом в данной области науки и техники.
Прошедшая в ГНЦ РФ АО «НПО «Орион» XXVI Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения продолжила традицию форумов, не одно десятилетие являющихся эффективной площадкой для обсуждения новых идей и представления достигнутых результатов.
Результаты и материалы конференции лягут в основу работы Секции «Оптоэлектроника и фотоника», которая планируется в рамках Российского Форума «Микроэлектроника-2022», проводимого при поддержке Министерства промышленности и торговли Российской Федерации 2–8 октября 2022 года (г. Сочи).
Список литературы
- Программа XXVI Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. – М.: ГНЦ РФ АО «НПО «Орион», 2022.
- Тезисы докладов XXVI Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. – М.: ГНЦ РФ АО «НПО «Орион», 2022.
- Презентации докладов XXVI Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения.
- The program of the XXVI International Scientific and Technical Conference on Photoelectronics and Night Vision Devices. (Orion R&P Association, JSC, Moscow, 2022).
- Abstracts of the XXVI International Scientific and Tech-nical Conference on Photoelectronics and Night vision devices. (Orion R&P Association, JSC, Moscow, 2022).
- Presentations of reports of the XXVI International Scientific and Technical Conference on Photoelectronics and Night Vision Devices.
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Лебедев Ю. А., Шахатов В. А.
Разложение СО2 в тлеющем разряде (аналитический обзор) 323
Иванов В. А.
Электрическое поле на поверхности погруженного в плазму металлического электрода при большом отрицательном потенциале 343
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Бурлаков И. Д., Кузнецов С. А., Яковлев А. Ю.
Современные тенденции развития фотоэлектроники (Обзор материалов XXVI Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения) 351
Болтарь К. О., Лопухин А. А., Власов П. В., Яковлева Н. И.
Фотоприемные устройства на основе гомо- и гетероструктур двойных и тройных соединений группы антимонидов 381
Сотникова Г. Ю., Александров С. А., Гаврилов Г. А.
Средневолновая ИК-пирометрия с использованием фотодиодов на основе InAs и InAsSb (обзор) 389
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Гавриш С. В., Логинов В. В., Пучнина С. В., Ушаков Р. М.
Влияние структурного совершенства сапфира на оптические характеристики оболочки импульсной газоразрядной лампы 404
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Денисов Д. Г., Патрикеева А. А., Морозов А. Б.
Высокоточный метод аттестации параметров формы крупногабаритных полированных плоских оптических изделий на основе расчёта и анализа спектральной плотности корреляционной функции 411
C O N T E N T S
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
Yu. A. Lebedev and V. A. Shakhatov
Decomposition of CO2 in a glow discharge (analytical review) 323
V. A. Ivanov
Electric field on the surface of a metal electrode immersed in plasma at a high negative potential 343
PHOTOELECTRONICS
I. D. Burlakov, S. A. Kuznetsov, and A. Yu. Yakovlev
Current trends in the development of photoelectronics (Review of the materials of the XXVI International scientific and technical conference on photoelectronics and night vision devices) 351
K. O. Boltar, A. A. Lopuhin, P. V. Vlasov, and N. I. Iakovleva
Homo- and heterostructures based on the binary and ternary alloys of antimonide group semiconductors 381
G. Yu. Sotnikova, S. E. Alexandrovand, and G. A. Gavrilov
Mid- Infrared Pyrometry based on InAs and InAsSb Photodiodes (a review) 389
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
S. V. Gavrish, V. V. Loginov, S. V. Puchnina, and R. M. Ushakov
Influence of the structural perfection of sapphire on the optical characteristics of the shell of a pulsed discharge lamp 404
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
D. G. Denisov, A. A. Patrikeeva, and A. B. Morozov
A high-precision method for attesting the shape parameters of large-sized polished flat optical products based on the calculation and analysis of the spectral density of the correlation function 411
Другие статьи выпуска
В работе рассматривается возможность описания средне- и мелкоструктурных неоднородностей профилей поверхностей крупногабаритных оптических изделий, используя двумерную спектральную плотность корреляционной функции (СПКФ). Предложен метод измерения амплитудных значений пространственных неоднородностей в широком спектральном диапазоне, на основе теоремы Парсеваля и Винера-Хинчина, используя алгоритм приведения двумерной функции СПКФ к одномерному виду. Данный метод позволяет сравнивать измеренную функцию СПКФ с теоретически рассчитанной и указанной в техническом задании на изготовление оптической детали, а также выдвигать требования на аппаратуру контроля. В статье представлено математическое описание метода приведения двумерной функции СПКФ к одномерному виду функции и предложен алгоритм программного обеспечения, разработанного для реализации данного метода приведения функции СПКФ, и его апробация как на математических моделях поверхностей, так и на результатах экспериментальных измерений.
Приведены результаты исследований влияния на оптическое пропускание дефектов структуры сапфировой трубы, выращенной по методу А. В. Степанова, изменения прозрачности монокристалла после механической обработки поверхности и воздействия ультрафиолетового и радиационных облучений.
Представлен обзор современного состояния мирового рынка пирометров промышленного назначения. Приводятся технические характеристики макетов специализированных пирометров, разработанных в лабораториях ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН и реализованных на отечественной элементной базе фотоприемников.
Предложена конструкция универсального пирометрического сенсора на основе неохлаждаемых одно и двухспектральных фотодиодных сэндвич-структур с максимумами спектральной чувствительности в средневолновый (MWIR) области спектра.
Отработаны алгоритмы градуировки и калибровки пирометров на исследуемый объект, что позволяет минимизировать методические составляющие погрешности при измерении истинной температуры объекта с неизвестными/изменяющимися значениями излучательной способности.
Показано, что пирометры на основе неохлаждаемых иммерсионных InAs и InAsSb фотодиодов по совокупности параметров быстродействие, точность, чувствительность и диапазон измерения температуры соответствуют лучшим образцам ИК-радиационных термометров, представленных на мировом рынке.
Исследованы фотоприемные устройства (ФПУ), детектирующие излучение в средневолновом инфракрасном (ИК) диапазоне спектра, изготовленные на основе многослойных структур антимонидов с поглощающими слоями InSb, AlxIn1-xSb и InAs1-xSbx в том числе структуры с барьерными слоями InAlSb (InSb/InAlSb/InSb) и InAsSb (InAsSb/AlAsSb/InAsSb), предназначенные для оптико-электронных систем и приборных комплексов. Изготовлены фоточувствительные элементы (ФЧЭ) различной топологии, показано, что широкозонные тройные растворы AlxIn1-xSb и InAs1-xSbx, являются альтернативой узкозонному бинарному соединению InSb, поскольку фотодиоды на их основе имеют меньшие темновые токи, а, следовательно, шу-мы. Рассчитаны средние значения обнаружительной способности и эквивалентной шуму разности температур (ЭШРТ) ФПУ, изготовленных на основе матриц фоточувствитель-ных элементов (МФЧЭ) различной топологии.
Найдено аналитическое решение уравнения Пуассона для расчета электрического поля на поверхности электрода, погруженного в однородную неизотермическую бесстолкновительную плазму, состоящую из электронов и однозарядных ионов с зарядом e, с температурой электронов Te, при больших значениях отрицательного электрического потенциала , когда параметр |e| / Te >> 1. Установлено, что размер слоя L плазмы с нарушенной квазинейтральностью вблизи высокопотенциального электрода увеличивается по сравнению с радиусом Дебая rD пропорционально параметру [e / 2Te]3/4 , L = rD [e / 2Te]3/4. Показано, что в лабораторной плазме с плотностью в интервале значений 10101013 см3 и температурой электронов от 1 до 10 эВ при больших значениях потенциала и параметра e/Te >> 1 электрическое поле, рассчитанное по полученной формуле E = | L вблизи поверхности погруженного в плазму электрода, от 20 до 200 раз меньше значений полей, рассчитанных по классической формуле E = | rD, полученной при малых потенциала и при значениях параметра e / Te << 1.
Приведен аналитический обзор результатов экспериментальных и теоретических исследований разложения углекислого газа в тлеющих разрядах. Из сравнительного анализа литературных данных предпринята попытка определить параметры разряда, при которых обеспечиваются максимальные значения степени разложения углекислого газа и энергетическая эффективность для конкретного устройства. Максимальные значения степени разложения сухого углекислого газа 40 % и энергетической эффективности 32 % достигаются в разрядных устройствах при силе тока от 10 до 100 мА, удельной мощности от 0,2 до 3,6 Вт/см, приходящейся на единицу длины положительного столба, при средних (50–60 Торр) и атмосферном давлениях в дозвуковом протоке газа с объёмным расходом 300 см3/с. Перспективными могут быть разрядные устройства, в которых для утилизации углекислого газа применяется импульсно-периодический (в диапазоне от несколько десятых долей до несколько десятков кГц) тлеющий разряд атмосферного давления.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400