Статья: Моделирование конверсионных свойств сцинтилляторов для рентгеночувствительных панелей цифровых детекторов (2017)

Представлен макет системы передачи аналоговых сигналов сцинтилляционного детектора по волоконно-оптическим линиям связи на основе электрооптических модуляторов по схеме интерферометра Маха-Цендера с использованием технологии частотного уплотнения, оригинального метода определения функции пропускания и рабочей точки модуляторов. Для передачи сигнала одного детектора используются два модулятора, включенные по схеме, близкой к квадратурной. Представлено сравнение результатов передачи сигнала по волоконноопическому и коаксиальному кабелям.

В настоящей работе выделены основные количественные и качественные характеристики, определяющие информативность и точность передачи изображения объекта контроля при проведении рентгеновских исследований. Перечень характеристик определяется основными требованиями к конверсионным материалам предназначенным для создания рентгеночувствительных панелей, используемых при построении детекторов рентгеновского излучения в цифровых рентгеновских аппаратах различного назначения: для медицинской рентгеновской диагностики, для радиационного неразрушающего контроля в промышленности, контроля пищевых продуктов и т. п. Разработан алгоритм оценки характеристик рентгеноконверсионных материалов. Разработана методика оценки характеристик изображения исследуемого объекта в лабораторных условиях включающая корректировку чувствительности фотосенсора, Gain-калибровку, корректировку дефектных пикселей, получение графиков типовых показателей функции передачи модуляции (MTF) и квантовой эффективности регистрации (DQE). Представленная методика может служить основой для автоматизации процесса оценки характеристик рентгеноконверсионных материалов.

Методами электронографии, электронной и рентгеновской дифракции изучено строение пленок, полученных отжигом в азоте предварительно нанесенных слоев металлического алюминия на (0001) поверхность сапфировых пластин. Пленки нитрида алюминия на подложках сапфира растут, в соответствии с ориентационным соотношением (0001)<10 1 0>AlN║ ║(0001)<11 2 0>Al2O3. Наилучшие результаты были получены при нитридизации алюминиевых пленок на сапфире в режиме нагрева до температуры 1200 °С (со скоростью нагрева ~100 °С/час) и выдержке в течении 1 часа.

С применением методов термического анализа (ТМА, ТГА, ДСК) проведены сравнительные исследования термостойкости полимерных защитных оболочек оптических волокон (ОВ) различных типов. Показано, что совместное использование методов термического анализа позволяет детально исследовать природу физических процессов, протекающих в защитных оболочках ОВ при термическом воздействии, а также определять температурные границы диапазона термической стабильности ОВ.

Получены полимерные композитные материалы на основе полиэтилена высокой плотности и технического углерода. Исследованы физико-механические и электрические свойства полученных композитов. Обнаружено, что полимерные композиты обладают положительным температурным коэффициентом электрического сопротивления. При этом определено количество технического углерода, необходимое для формирования электропроводящих путей в полимерной матрице. Выявлена зависимость физико-механических и реологических характеристик композитов от содержания технического углерода. Определен концентрационный интервал технического углерода, в котором следует ожидать оптимального сочетания физико-механических, реологических и электрофизических свойств композитов.

Проведен сравнительный анализ спектров поглощения растворов и пленок поливинилхлорида, прошедших термообработку. Показаны и объяснены различия характеристик сопряжённых двойных связей углерода в пленках и растворах. Определены удельные сопротивления пленок. Получены результаты о влияние времени термообработки на спектры поглощения и удельное сопротивление экспериментальных образцов поливинилхлорида.

Проведено исследование спектров пропускания многослойных гетероэпитаксиальных структур на основе тройных твёрдых растворов кадмий-ртуть-теллур. Реализована модель расчета характеристик эпитаксиальных слоев, входящих в состав сложной многослойной гетероэпитаксиальной структуры, из экспериментального спектра пропускания. Для вычисления параметров слоев реализован метод пакетного градиентного спуска. Проведен расчет параметров образцов гетероэпитаксиальных структур, выращенных методами жидкофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии: определены толщины рабочих фоточувствительных слоев с погрешностью не более 0,1 мкм и состав КРТ с погрешностью не более 1 %. Разработанные модели показывают эффективность для экспресс-контроля оптических характеристик образцов полупроводниковых структур.

Показана возможность селективного поверхностного дефектообразования при облучении мягким рентгеновским излучением эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe за счет избирательного воздействия излучения на отдельные атомы поверхности.

Обосновывается необходимость расширения динамического диапазона в МФПУ коротковолнового ИК-спектра. Традиционно применяемые способы обладают низкой эффективностью, в особенности, в крупноформатных матрицах с шагом не более 15 мкм. Наибольшей эффективностью расширения динамического диапазона (до 100 дБ) обладают накопительные ячейки с индивидуально изменяемой передаточной характеристикой в зависимости от яркости фрагментов наблюдаемой сцены. В данной работе предлагается простой в топологической реализации и эффективный способ расширения динамического диапазона, основанный на автоподстройке времени накопления индивидуально в каждой ячейке интегральной схемы считывания. При этом сохраняется высокая крутизна и линейность преобразования в накопительных ячейках с умеренной освещенностью (до 50–70 % от максимального сигнала), но снижается чувствительность в ячейках, близких к насыщению. В результате формируется линейно-логарифмическая передаточная характеристика, обеспечивающая расширенный динамический диапазон. В работе приводятся примеры полученных изображений с расширенным динамическим диапазоном в коротковолновом ИК-спектре.

Рассмотрена возможность создания диода с барьером Шоттки на GaP с низкой высотой барьера для реализации возможности работы в качестве обнаружителя мощных оптических сигналов в среднем ИК-диапазоне. Были проведены исследования влияния увеличения концентрации носителей заряда в области контакта на высоту барьера. В структуру GaP n- и pтипа проводимости были имплантированы различные ионы при разных дозах и энергиях с последующим отжигом в течении 60 минут при температуре 700 оС в азотной среде. Были исследованы CV-характеристики образцов, по результатам которых были определены высоты барьеров. Полученные результаты подтвердили теоретические расчёты. В работе показано, что необходимое снижение высоты барьера «металл–полупроводник» для сдвига спектральной чувствительности GaP в инфракрасную область, может быть получено путем подлегирования контактной области эпитаксиального слоя n-типа проводимости ионами Si с энергией 100 кэВ и дозой (флюенсом) 41014 см-2 с последующим отжигом имплантированного слоя в течении 60 минут в атмосфере N2 при температуре 700 °С. В качестве барьерного металла может быть использована золотая плёнка, напылённая в вакууме. Результаты исследования показали, что увеличения концентрации носителей заряда в области контакта до значений около 1019 см-3 даёт возможность снижения высоты барьера Au-n-GaP до 0,2 эВ.

Рассматриваются варианты применения нейронной схемы для коррекции неоднородности и дефектов фотоприемных устройств. Анализируются варианты с использованием корректирующих коэффициентов и вариант без коэффициентов. Рассматривается альтернатива микросканера и опорных сигналов. Варианты сопоставляются с коррекцией с использованием для калибровки двух опорных сигналов. Вариант без коэффициентов – нейронная схема формирует выходное сигналы по градиентам входных сигналов. В других вариантах нейронная схема используется для формирования коэффициентов по чувствительности и по смещению. Улучшение коэффициентов достигается распараллеливанием их вычисления. Варианты сопоставляются по коэффициенту корреляции входных и выходных кадров. Совокупные показатели качества вариантов – это наличие микросканирования/опорных сигналов, использование корректирующих коэффициентов, кадровая частота, непрерывность/прерывность работы, корреляция входных и выходных кадров. С увеличением кадровой частоты нейронная схема с использованием микросканера позволяет обеспечить непрерывный режим работы с соизмеримым с двухточечной коррекцией качеством изображения и более простой обработкой.

В данной статье говорится о допустимых отклонениях глубины диффузии, выборе оптимального типа эпитаксиальных структур для изготовления лавинных InGaAs/InP-фотодиодов. При изготовлении ЛФД особое внимание уделяется созданию определённой конфигурации электрического поля в структуре. Конфигурация электрического поля в структуре зависит от исходных параметров структуры и от процессов диффузии. Отклонения от параметров приводят к неработоспособности ЛФД. Было представлено два типа структуры: тип 1 – с равномерным легированием лавинной области (треугольное поле) и тип 2 – с пиковым легированием лавинной области (прямоугольное поле). Указанные эпитаксиальные структуры выращивались методом МОС-гидридной эпитаксии. Типичные параметры структуры типа 1: лавинная область n-InP толщиной 3,9 мкм и уровнем легирования 1,71016 см-3, область поглощения n-InGaAs толщиной 2,35 мкм и уровнем легирования не более 11015 см-3. Типичные параметры структуры типа 2: лавинная область n-InP толщиной 3,6 мкм и уровнем легирования не более 11015 см-3 зарядная область n+-InP толщиной 0,3 мкм и уровнем легирования 8,51016 см-3, область поглощения n-InGaAs толщиной 2,1 мкм и уровнем легирования не более 11015 см-3. В обеих структурах p–n-переход создавался в лавинной области n-InP методом диффузии цинка. Для каждой структуры при различных глубин p–n-перехода, создаваемого диффузией, рассчитывалось напряжение, при котором обеспечивался коэффициент умножения равный 10. Структура типа 1 работоспособна в диапазоне глубин p–n-перехода х0 = (1,77– 2,18) мкм при рабочих напряжениях (56–75) В. Допустимый разброс х0 = 0,41 мкм ( 10 %). Структура типа 2 работоспособна в диапазоне глубин p–n-перехода х0 = (2,50–3,40) мкм при рабочих напряжениях (49–61) В. Допустимый разброс х0 = 0,90 мкм ( 15 %). При изготовлении InGaAs/InP ЛФД структура с пиковым легированием в лавинной области (тип 2) обладает большей технологической устойчивостью по сравнению со структурой с равномерным легированием лавинной области (тип 1). Допустимые отклонения по глубинам p–n-перехода составляют ( 15 %) для структуры типа 2, и ( 10 %) для структуры типа 1.

Проведено исследование пространственной неоднородности спектральных характеристик фоточувствительности матриц фоточувствительных элементов на основе твёрдых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ) различных форматов. Описана методика исследования спектральных характеристик чувствительности. Приведено распределение длинноволновой границы чувствительности для линейки формата 6576 фоточувствительных элементов (ФЧЭ). Проведен расчёт среднего состава и погрешности измерения состава КРТ для всех элементов линейки. Проведено сравнение вычисления погрешности длинноволновой границы чувствительности выбранного ФЧЭ с значениями границы в локальной области матрицы ФЧЭ. Показана эффективность экспресс-методики контроля качества матриц в части равномерности распределения состава КРТ по площади матрицы.

Экспериментально исследована инактивация споровых микроорганизмов на диэлектрической поверхности барьерным разрядом с плоскими электродами. Показано, что при средней удельной мощности разряда 0,3 Вт/см3 эффективность обеззараживания составляет три порядка за времена экспозиции в интервале 0,5–60 секунд, причем слабо зависит от времени экспозиции.

В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований по генерации и свойствам одиночной и множественных плазменных струй, сформированных диэлектрическим барьерным разрядом в потоке атмосферного воздуха. Показано, что применение плазменных струй весьма эффективно для повышения смачиваемости поверхности полиэтиленовых труб и улучшения их адгезионных свойств по отношению к пенополиуретану, широко используемому для теплоизоляции труб, применяемых в жилищно-коммунальном хозяйстве, нефтегазовой промышленности и т. п. Плазменные струи в потоке воздуха представляют большой практический интерес, поскольку замена дорогостоящего инертного плазмообразующего газа на окружающий воздух кардинально упрощает и удешевляет плазменную технологию модификации полимерных поверхностей и открывает возможность ее широкого внедрения в практику.

Приводятся первые результаты использования в качестве основы метода плазмохимической очистки городской воздушной среды от экологически опасных загрязнений подпорогового микроволнового разряда (самоподдерживающегося несамостоятельного (СНС) разряда), возбуждаемого пучком микроволн. Пучок микроволн создаётся гиротронным излучателем, генерирующим одиночные импульсы мощностью  600 кВт, длительностью  20 мс при длине волны 0,4 см. На двух образцах воздуха, изъятых из реальной атмосферы г. Москвы, в лабораторных экспериментах, проведённых в ИОФ РАН, продемонстрирована высокая эффективность одновременного снижения содержания характерных для современного большого города вредных веществ, поставляемых в атмосферу городским транспортом и промышленностью. Предлагаются различные варианты использования СНС-разрядов для решения задач обеспечения экологической чистоты воздушной среды мегаполисов.

Экспериментально исследовано развитие импульсного электрического разряда в воде с паровоздушными микропузырьками, распределение которых в объёме жидкости близко́ к равномерному. Наличие объёмных микропузырьков со средним диаметром  50 мкм при объёмном газосодержании не более 1 % не меняет механизм развития электрического разряда в воде с проводимостью  300 мкСм/см в диапазоне перенапряжений 1–1,5 при значении минимального пробойного напряжения  9 кВ на разрядном промежутке 1 см, причем механизм остаётся тепловым. При указанных условиях определяющую роль играют поверхностные пузырьки, которые приводят к смене наблюдаемого механизма развития разряда. Инициация происходит одновременно на обоих электродах в поверхностных пузырьках, к замыканию промежутка длиной 1 см приводит рост катодного канала со скоростью  60 м/с за время  160 мкс.