Статья: Об оптимизации конструктивных параметров тепловизионного ИК-микроскопа (2016)

Анализ требований к фотоприемному тракту для установок измерения пятен рассеяния на основе матричных фотоприемных устройств

В обзоре обсуждаются различные объяснения эффекта Саньяка и причины возникновения систематических погрешностей лазерного гироскопа (ЛГ). Показано, что «гироскопический эффект» в ЛГ, как и в любом другом гироскопе, обусловлен наличием у системы до её вращения определённого момента импульса, который, стремясь сохраниться при вращении этой системы относительно инерциальной системы, занимает иное положение в системе и изменяет её энергию. В рамках классической теории определены: квантовый предел чувствительности ЛГ, аддитивная погрешность масштабного коэффициента ЛГ и показано, что «зона захвата» на выходной характеристике обусловлена прецессией момента сил вокруг вектора угловой скорости, действующего на свет в кольцевом резонаторе.

Специальная астрофизическая обсерватория РАН имеет многолетний опыт разработки систем регистрации изображений, включая ПЗС-контроллеры и криостатируемые камеры с крупноформатными малошумящими матричными фотодетекторами. В обзорной статье рассмотрены принципы построения ПЗС-систем для фотометрии и спектроскопии на 6-метровом оптическом телескопе БТА (Большой Телескоп Азимутальный). ПЗС-системы обеспечивают близкие к предельным чувствительность и фотометрическую воспроизводимость в длинноэкспозиционных методах наблюдений слабых астрономических объектов за счет цифровой оптимальной фильтрации видеосигнала ПЗС-матрицы, стабилизации и линеаризации передаточной характеристики «свет-цифровые отсчеты» в реальном времени считывания кадра. Разработанные ПЗС-контроллеры универсальны и позволяют управлять одиночными ПЗС-матрицами, КМОП-приемниками и инфракрасными матричными детекторами, а также мозаиками таких приборов в любых практически возможных конфигурациях.

Представлены результаты исследований пассивирующего покрытия из теллурида кадмия, нанесенного на поверхность ГЭС КРТ методом «горячей стенки». Показано, что с увеличением толщины пассивирующего слоя CdTe улучшается его кристаллическая структура. Установлено, что химическая обработка поверхности ЭС КРТ перед пассивацией улучшает электрофизические свойства границы раздела HgCdTe/CdTe. Представлен механизм роста теллурида кадмия на КРТ.

Проведена оценка точности измерения границ спектральной чувствительности по уровню сигнала 0,1, длины волны максимальной чувствительности и коэффициента использования для матричных фотоприемных устройств на основе AlGaN. Исходными данными для расчета являлись требования нормативной документации к точности измерения спектральной характеристики опорного фотоприемника, а также данные о шумах фотосигналов. Оценка точности, полученная с помощью математического моделирования методом Монте-Карло, показала наличие систематической погрешности при выполнении измерений, а также значительное влияние ошибок измерений на расчет коэффициента использования. Вместе с тем стоит отметить, что в реальных условиях измерения суммарный вклад случайных и систематических ошибок составляет не более 7 %, что существенно меньше величины, приведенной в нормативной документации.

Созданы селективные фотоприемники на основе барьера Шоттки Ме-AlGaN, работающие в ультрафиолетовом диапазоне спектра. С целью повышения фоточувствительности в УФ-диапазоне и устранения паразитных сигналов в длинноволновом диапазоне были изготовлены селективные фотодиоды на основе барьеров Шоттки Ag-AlGaN различного состава. Это позволило создать видимослепые фотоприемники, длинноволновый край фоточувствительности которых лежал на длинах волн менее 350 нм. Ширина спектра фоточувствительности на полувысоте находилась в диапазоне 15—40 нм в зависимости от толщины слоя Ag, которая варьировалась от 15 до 150 нм. Правильный выбор состава твердого раствора AlxGa1-xN позволил увеличить фотоответ и дополнительно уменьшить ширину спектра фоточувствительности на полувысоте до 11 нм путем совмещения максимумов спектра пропускания Ag и спектра поглощения эпитаксиального слоя. Чувствительность составила 0,071 А/Вт. Сочетание эффектов широкозонного окна и надбарьерного переноса позволило создать на основе структур Au-AlGaN ультраселективные УФ-фотоприемники с полушириной спектра фоточувствительности 5—6 нм для диапазона длин волн 350—375 нм с чувствительностью до 140 мА/Вт. На основе структуры с верхним эпитаксиальным слоем AlxGa1-xN (с содержанием AlN x = 0,1 и x = 0,06) созданы селективные фотоприемники с максимумом фоточувствительности при длинах волн 355 нм и 362 нм. Использование дополнительного менее широкозонного слоя GaN позволило независимо регулировать коротковолновую и длинноволновую границы диапазона чувствиительности.

В работе обсуждаются причины образования термодоноров (ТД) и термоакцепторов (ТА) в кремнии с низкой концентрацией кислорода, выращенном методом бестигельной зонной плавки. Анализ результатов термообработок в диапазоне температур 400—1150 оС показывает, что основной вклад в образование ТД вносят атомы межузельного железа. Вероятной причиной образования ТА при высокотемпературной термообработке (ВТО) являются атомы железа в положении замещения и преципитаты железa, образующиеся при низкотемпературных отжигах (НТО)(400—600о). Концентрации ТД и ТА после ВТО зависят от вида и плотности структурных дефектов в материале и условий ТО: скорости охлаждения и газовой среды (кислород, аргон).

Проведены исследования матричных фотоприемных устройств формата 320256 элементов на основе четырехслойных гетероструктур р+-B-n-N+-типа с широкозонным барьерным слоем. Гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) с поглощающим узкозонным слоем InGaAs n-типа проводимости выращивались методами мосгидридной эпитаксии (МОСГЭ) на подложках InP. С помощью четырехкомпонентного тонкого слоя AlInGaAs n-типа с градиентным изменением ширины запрещенной зоны устранен разрыв между поглощающим (In0,53Ga0,47As) и барьерным (In0,52Al0,48As) слоями. Использование дельта-легированных слоев в составе гетероструктуры позволило уменьшить барьер в валентной зоне и устранить немонотонность энергетических уровней. Проведены экспериментальные исследования темнового тока, среднее значение которого по матрицам фотодиодов с шагом 30 мкм не превышало 10 фА.

Приведены результаты расчета характеристик электрической дуги в воздухе на основе решения уравнения Эленбааса-Геллера. Расчетные данные сравниваются с экспериментальными характеристиками плазмотрона с вихревой стабилизацией дуги. Сделан вывод о возможности расчета параметров таких плазмотронов при небольших расходах газа на основе рассмотренной модели.

Проведено экспериментальное исследование влияния скорости вращения разрядной колбы безэлектродной серной лампы высокого давления на её излучательные характеристики. Плазма возбуждалась в смеси паров серы (5—6 атм) и аргона (20 Торр) на сверхвысокой частоте (СВЧ) 2,45 ГГц и мощности магнетрона 90—540 Вт в кварцевой сферической колбе диаметром 35 мм, размещенной в цилиндрическом резонаторе диаметром 73 мм и высотой 147 мм. Установлено, что форма и положение плазмы СВЧ-разряда в колбе, а также спектр оптического излучения плазмы определяются скоростью вращения разрядной колбы. Увеличение скорости вращения сдвигает спектр плазмы в сторону длинных волн, повышает освещенность и снижает температуру стенок колбы, цветовую температуру и общий индекс цветопередачи плазмы. Экспериментально установлена граница устойчивого и неустойчивого режимов разряда, определяемая граничной мощностью магнетрона, уменьшающейся с увеличением скорости вращения разрядной колбы. Обсуждаются способы получения устойчивого СВЧ-разряда в парах серы высокого давления в неподвижной колбе.

Проведены исследования рентгеновского излучения плазмы микропинчевого разряда на установке типа «низкоиндуктивная вакуумная искра» в зависимости от элементного состава материала анода разрядной системы. Установлена зависимость параметров плазмы и вид спектра рентгеновского излучения от элементного состава материала анода разрядной системы. Эксперименты показали, что с ростом атомного заряда ядра Z материала анода разрядной системы увеличивается электронная температура Te плазмы и возрастает интенсивность жесткого рентгеновского излучения.

В обзоре представлено современное состояние генераторов пучков электронов для технологических применений. Представлены как импульсные, так и стационарные генераторы, работающие на различных физических принципах. Обзор предназначен для специалистов, чьей основной специальностью не являются пучки электронов, однако пучки могут быть полезны для реализации тех или иных технологических процессов. Основная цель обзора — представление современной литературы по генерации пучков электронов и их применению для реализации различных технологических процессов.