Статья: Фотосенсорика инфракрасного диапазона на основе гибридно-монолитных матриц на квантовых точках (2024)

Экспериментально и теоретически исследовано влияние эффекта поглощенной дозы ионизирующего излучения на работу линейного стабилизатора напряжения положительной полярности ИС-ЛС3-5В с низким падением напряжения с использованием разработанного аппаратно-программного комплекса. Установлено, что по параметрам выходное напряжение и минимальное падение напряжения ИС-ЛС3-5В демонстрирует радиационную стойкость к эффектам поглощенной дозы и сохраняет функциональное состояние без отказа в исследованном диапазоне облучения. Определена аналитическая зависимость выходного напряжения и минимального падения напряжения от поглощенной дозы ионизирующего излучения. Разработана принципиальная схема и SPICE-макромодель стабилизатора ИС-ЛС3-5В для электротехнического моделирования с учетом величины поглощенной дозы при радиационном облучении.

Приведены результаты разработки полупроводникового источника белого света, обладающего нейтральной цветовой температурой и высоким индексом цветопередачи. Разработанный источник белого света состоит из двух светодиодных гетероструктурных кристаллов на основе GaN синего и зеленого цветов свечения, установленных в общий металл-полимерный корпус и покрытых люминофорной композицией из красного и желтого люминофоров. Показано, что подбор оптимального соотношения между красным и желтым люминофорами и между связующим силиконом позволяет достичь высокий индекс цветопередачи и обеспечить необходимую цветовую температуру. В частности, использование в люминофорной композиции 9 % желтого люминофора, 1 % красного люминофора и 90 % силиконового наполнителя позволило обеспечить цветовую температуру двухкристального источника света 4500 К и индекс цветопередачи на уровне 94.

Представлен оптоволоконный температурный сенсор (пирометр) средневолнового ИК-диапазона, предназначенный для контроля динамики изменения температуры образцов сегнетоэлектрических материалов и полупроводниковых структур малых объемов. Устройство обеспечивает детектирование теплового излучения участка поверхности объекта диаметром до 1 мм с разрешением не хуже  50 мK и быстродействием до 1 мс в диапазоне температур 20–200 С в том числе непосредственно в области лазерного термоволнового воздействия. Эффективность устройства продемонстрирована на примерах его использования для исследования термоэлектрических эффектов в сегнетоэлектрических и полупроводниковых структурах.

Совокупность полученных характеристик обеспечивается использованием последних достижений отечественной элементной базы фотоники – неохлаждаемого спектрально селективного ИК-фотодиода, чувствительного в узкой спектральной области 4,2  0,25 мкм (разработка ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН) и оптоволоконной схемы доставки теплового излучения на основе ИК-оптоволокна с высоким коэффициентом пропускания в области 3–12 мкм (разработка НЦВО РАН им. Е. М. Дианова).

Применение оптических покрытий на основе многослойных диэлектрических зеркал в настоящий момент представляет существенный интерес для создания радиационностойкой зеркальной оптики. Апробировано применение метода распыления ионным пучком для создания ИК-зеркала на основе пары Ta2O5/SiO2, нанесенного на подложку из плавленого кварца. Полученные образцы были изучены с помощью спектрофотомерии в видимом и ИК-диапазонах, рентгеновской рефлектрометрии и дифракции. Примененный метод позволил получать аморфные слои Ta2O5 и SiO2. Для достигнутых толщин и плотностей покрытий коэффициент отражения в ближнем ИК превышал 99,9 %. Показано, что использованная комплексная методика может быть полезна не только для исследования структуры и состава подобных покрытий, но и для индикации отклонения формы образцов, например, вследствие растягивающих механических напряжений.

Исследовано распределение концентрации свободных электронов вдоль оси для двух монокристаллов n-GaAs, выращенных методом Чохральского и легированных теллуром. Значение концентрации свободных электронов определялось двумя методами: традиционным холловским с использованием четырёхконтактной геометрии (метод Ван дер Пау) и с помощью разработанного авторами оптического метода, основанного на анализе спектров инфракрасного отражения. Все измерения проводились при комнатной температуре. Показано, что зависимости холловской и оптической концентраций свободных электронов от координаты вдоль оси монокристалла описываются линейными функциями. Соответственно, значения реального коэффициента распределения теллура в слитке могут заметно отличаться от общепринятого (табличного). Установлено, что холловская концентрация превышает оптическую, то есть приповерхностные слои исследованных образцов обеднены свободными электронами (по сравнению с объёмом), причём расхождение между значениями холловской и оптической концентраций увеличивается вдоль оси слитка.

Исследование способов создания фотосенсоров на средневолновый ИК-диапазона на основе коллоидных квантовых точек (ККТ) для создания недорогих фотоприемных матриц является одной из наиболее актуальных задач в современной фотосенсорике. Проведен синтез ККТ HgTe, изготовлены фоторезисторы и исследованы фотосенсорные характеристики. Экспериментально показано, что изготовленные на основе синтезированных ККТ HgTe фоторезисторы имеют чувствительность в коротковолновом и средневолновом ИК-диапазоне при комнатной температуре.

В воздухе, азоте, аргоне и гелии атмосферного давления исследовано излучение плазмы диффузного разряда, формируемой между двумя электродами с малым радиусом кривизны. При наносекундной длительности импульса напряжения и милиджоульных энерговкладах в газ зарегистрированы треки частиц, вылетающих из ярких пятен на электродах, в том числе, под прямым углом к их поверхности. Показано, что в этих условиях длина треков зависит от полярности электрода и, что в воздухе треки заканчиваются более яркой областью свечения. Установлено, что наибольшую интенсивность излучения при разрядах в четырёх различных газах (воздух, азот, аргон и гелий) имеют треки, которые формируются в воздухе. Из этого, а также из зарегистрированной ранее длительности свечения треков в сотни микросекунд, следует, что их излучение в основном определяется нагревом материала электрода в результате взаимодействия с кислородом.

Представлены результаты экспериментальных исследований плазменного осаждения покрытий типа перовскит (CaTiO3) с использованием двух планарных магнетронов. В экспериментах использовались чистые (99,9 %) распыляемые мишени из титана и кальция. Независимое электрическое питание каждого магнетронного разряда осуществлялось как постоянным, так и импульсным (10–20 кГц) напряжением. Осаждение покрытий происходило в смеси аргона и кислорода. Анализ полученных покрытий производился методами сканирующей электронной микроскопии и рентгено-фазового анализа.

Проведено исследование состояния катода со вставкой из чистого и лантанированного вольфрама при добавлении к плазмообразующему газу аргону пропан-бутана для генератора низкотемпературной плазмы постоянного тока с вихревой стабилизацией дуги и расширяющимся каналом газоразрядного тракта. При малой добавке пропана
(1 %) в аргоновой среде, происходит осаждение углерода на границе раздела между вольфрамом и корпусом катода из меди со скоростью  0,2 мм/мин. На аноде осаждение при данном расходе не обнаружено.

RU“>Изучены характеристики модели ВЧ индуктивного ионного двигателя, работающего на азоте и кислороде, при наложении на разряд внешнего продольного магнитного поля с индукцией не более 75 Гс. Экспериментально показано, что наибольший ток ионов удается получить, используя магнитные поля с индукцией 18 и 70 Гс. В рабочем диапазоне f = 10–25 см3/мин для тока 200 мА цена иона, рассчитанная на основании значений мощности ВЧ-генератора, составляет величину 1400–1500 Вт/А. Оценка цены иона по величине вложенной в плазму мощности позволяет определить минимально возможную для рассматриваемого прототипа ВЧ ионного двигателя величину цены иона в 850 Вт/А.

Измерено распределение интенсивности свечения второй положительной системы азота по высоте в разряде с жидким электролитным анодом при атмосферном давлении в воздухе. Показано, что интенсивность свечения второй положительной системы азота имеет абсолютный максимум вблизи металлического электрода, превосходящий по интегральной интенсивности свечения интегральную интенсивность свечения всего остального разряда. Показано, что вращательные температуры молекулярного азота в разряде с жидким анодом вблизи поверхности раствора и вблизи металлического электрода в диапазоне токов 20–40 мА монотонно растут с ростом разрядного тока, причём вблизи металлического электрода они в 1,2–1,6 раз выше, чем вблизи поверхности раствора.

Исследовано влияние температуры расплава металлургического кремния на эффективность плазмохимической очистки с использованием электронного пучка.

При плазмохимическом рафинировании протекают следующие процессы: испарение легколетучих примесей за счет быстрого разогрева металлургического кремния с помощью электронного пучка; перевод трудно испаряемых в вакууме примесей в их легколетучие соединения в химически активной окислительной электронно-пучковой плазме.

Установлено, что удаление разных групп примесей необходимо проводить при разных температурах в диапазоне 1300–1900 °С.

Выполнен анализ исследований свечения метеорных потоков, зарегистрированных в международных космических экспериментах «УФ-атмосфера» » с 2019 г. и «Терминатор» на международной космической станции. Анализ показал, что количество зарегистрированных случаев свечения метеоров в УФ области спектра в атмосфере превышает расчетное зенитное часовое число событий, которые увидел бы наблюдатель на Земле. Это различие может быть связано с более точной регистрацией мелких частиц, слабое свечение которые не видно с поверхности Земли на фоне шумов. Обнаружены аэрозольные слоистые структуры в верхних слоях атмосферы при прохождении метеорами высот 90–100 км, как следствие непрерывного поступления микрочастиц из метеорных потоков в период эпохи. При ударе высокоскоростных частиц метеорных потоков о поверхность космического объекта возникают импульсная плазма, импульсные электрические и магнитные поля, импульсы электрического тока, которые воздействуют на космические аппараты и могут приводить к разрушающему воздействию на электронику и на компьютерные программы, что может приводить к отказу аппаратуры.