Статья: Фотоэлектроника. Век XXI (2018)

Описаны результаты разработки и исследований монолитных интегральных схем (МИС) приемопередающих модулей (ППМ), изготовленных по HEMT-технологии на основе гетероструктур нитрида галлия на сапфировых подложках, предназначенных для работы в V-диапазоне. ППМ реализован как компактная монолитная схема системы-на-кристалле с технологией верхней металлизации со встроенными (интегрированными) антеннами. Измерения изготовленных образцов системы-на-кристалле продемонстрировали устойчивую работу при одновременных приеме и передаче в диапазоне 66,5–69 ГГц. Выходная мощность в передающем тракте составила не менее 10 дБм, диапазон перестройки гетеродина не менее 2 ГГц.

Рассмотрен метод установки заданной облученности, создаваемой моделью черного тела (МЧТ) в произвольной плоскости. Метод основан на использовании нового параметра – коэффициента излучения МЧТ. Коэффициент излучения МЧТ – это отношение потоков излучения (квантового или энергетического), исходящих соответственно от излучающей площадки и от бесконечно большой излучающей плоскости с той же температурой и степенью черноты, но падающих в заданную точку параллельной плоскости. Данный параметр позволяет просто и корректно определить величину облученности в заданной точке плоскости, отстоящей от МЧТ на заданном расстоянии. МЧТ может иметь излучающую площадку с любой заданной формой, размерами, температурой и степенью черноты. Приведен вывод аналитических выражений коэффициента излучения и облученности, создаваемой МЧТ. Рассмотрены облученности, создаваемые МЧТ с круглыми и квадратными диафрагмами и распределения облученности по площади. Показано, что отличие облученностей от МЧТ с равновеликими круглой и квадратной излучающими площадками близко к одному проценту. На основе предложенного метода расчета облученности предложен метод установки заданной облученности и неоднородности облученности от МЧТ.

В работе последовательно рассмотрены предпосылки создания импульсных цезий–ртуть– ксеноновых ИК-источников с двумя сапфировыми оболочками. При этом теоретически выявлены факторы, определяющие параметры излучения газоразрядной лампы, сформирована математическая модель и выполнен расчет температурных, плазменных и радиационных характеристик разряда, а также выполнен комплекс экспериментальных, конструкторских и технологических исследований. Полученные результаты расчетных и экспериментальных исследований позволили впервые создать новое поколение отечественных импульсных газоразрядных источников ИК-излучения с разрядом смеси паров цезия, ртути и ксенона, ограниченным системой из двух сапфировых оболочек.

Рассматривается задача объединения разноспектральных цифровых изображений, формируемых мультиспектральной видеосистемой для отображения на одном цветном дисплее при условии полного сохранения информации, содержащейся в видеоканалах. Предлагаемый способ комплексирования изображений основан на линейном отображении совокупного спектрального диапазона видеосистемы на видимый человеком диапазон, который кодируется в вычислительной системе линейным цветовым пространством. Указанный подход позволяет добиться высокой реалистичности восприятия получаемых изображений и удобства его визуальной и автоматической интерпретации. Показано, что для полного сохранения информации при комплексировании необходимо, чтобы мерность цветового пространства была не ниже числа видеоканалов. Полученные решения и алгоритмы внедрены в аппаратно-программное обеспечение трёхспектральной видеосистемы RT-700Combo разработки ООО «РАСТР ТЕХНОЛОДЖИ», которая прошла успешные лётные испытания во ФГУП «ГосНИИАС».

Изучен рост свободного дендрита в однокомпонентном переохлажденном расплаве. Учтено, что по мере увеличения переохлаждения усиливается роль локально-неравновесного теплопереноса, повышается степень нестационарности процессов на фазовой границе. Предметом исследования являются морфологические свойства фронта кристаллизации и возникновение боковых ветвей дендрита. Рассмотрен класс поверхностей роста, скорость перемещения которых есть физически содержательная функция локального угла наклона поверхности к оси дендрита. Математическим аналогом такого подхода является задача отыскания формы тел, которые подвергаются аэродинамическому нагреву и уносу массы с обтекаемой поверхности. Изучены два (неособый и особый) автомодельных режима эволюции поверхности роста. В неособом случае по мере заострения вершины сохраняется вид первоначального контура поперечного сечения; например, впадина сужается в направлении роста. Особое автомодельное решение дает в начальном состоянии вершину, которая расщеплена на четыре самостоятельные ветви; в течение конечного промежутка времени наблюдается слияние этих ветвей в одну точку – вершину дендрита. Прикладные аспекты данной работы связаны с методами высокоскоростного затвердевания расплава и получением материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами.

В процессе роста монокристаллов карбида кремния формируется развитая система различного рода дефектов, негативно влияющих на свойства полупроводникового материала. В кристаллах 4H-SiC, полученных на оборудовании компании PVA TePla (Германия), обнаружены характерные для микроразмерных дефектов статистически самоподобные поверхности раздела «поры-твердое тело» с фрактальными размерностями 2,20–2,60. Рентгеновское малоугловое рассеяние позволило зафиксировать структурные неоднородности в виде пор и их кластеров наномасштабного уровня. Построены функции распределения частиц по радиусам инерции и показано, что основная доля пор приходится на маломасштабные образования с радиусами инерции 25–30 Å. Поры и их кластеры формируют изогнутые цепочки с фрактальными размерностями 1,26–1,84. Структурные неоднородности масштаба 40–110 Å рассеивают рентгеновское излучение как шероховатые поверхности с фрактальными размерностями 2,31–2,95.

Выполнено комплексное исследование бриллиантов различного происхождения при комнатной температуре. Для натуральных бриллиантов и бриллиантов, облученных потоком электронов, получено уравнение характеристической функции в аналитическом виде, которая монотонно спадает во времени. Синтетические и облагороженные бриллианты имеют характеристические функции, которые могут быть получены только численным методом. Они содержат пульсации, амплитуда которых случайным образом меняется во времени. Форма их заметно отличается от кривых натуральных бриллиантов, что позволяет определить их происхождения.

Проведена разработка методики контроля распределения концентрации носителей заряда по профилю многослойных гетероэпитаксиальных структур (ГЭС) с квантоворазмерной активной областью на основе гетеропары AlGaAs/GaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, средствами электрохимического вольт-фарадного профилирования (ECV). Разработана расчетная модель области пространственного заряда, формируемой на границе электролит–полупроводник. Проведен анализ ECV-профилей образцов гетеро-эпитаксиальных структур, выращенных на подложках GaAs <100>. Проведен расчет граничных значений глубины формируемой области пространственного заряда для различных концентраций носителей заряда в измеряемых слоях. Сделано заключение об ограниченности метода для контроля распределения концентрации носителей в квантоворазмерной области гетероэпитаксиальных структур.

Проведены сравнительные измерения нескольких однотипных матричных фотоприемных устройств (МФПУ) SWIR-диапазона при различных режимах работы для определения характеристик и их разброса (сигнальные и шумовые характеристики, эквивалентная мощность шума, количество дефектных пикселей) и для выбора режима работы МФПУ в камере. Необходимые для этого данные в описаниях на МФПУ не приводятся. Выявлено хорошее совпадение средних характеристик всех МФПУ и значительный разброс пороговой эквивалентной мощности шума от количества дефектных пикселей для разных МФПУ. Рассмотрены преимущества и недостатки режимов: «низкого» и «высокого усиления», «с фильтром» и «без фильтра», при разной температуре МФПУ (изменяемой током термоэлектрического модуля Пельтье). Выявлено отсутствие зависимости шумовых характеристик от температуры МФПУ, измерены зависимости количества дефектных пикселей и темновых токов от температуры МФПУ. Предложено информативное, но лаконичное представление параметров МФПУ и камер при выборе МФПУ (или камер) для разрабатываемой системы при оценке качества конкретной МФПУ (или камеры) для комплектации изделий.