Рассмотрена физика работы новой смотрящей ИК гибридной матрицы на основе HgCdTe р-n-переходов. Проанализированы предельные пороговые характеристики таких матриц на спектральные диапазоны 3 - 5 и 8 - 14 мкм. Архитектура рассматриваемых матриц намного проще чем у существующих: накопительные емкости занимают всю площадь под фоточувствительной ячейкой, а в качестве элементов коммутации используются сами фоточувствительные р-n-переходы. Накопительные емкости могут быть изготовлены на основе диэлектриков с относительно высокой диэлектрической проницаемостью (типа TiO2 и интегрированных сегнетоэлектриков). В отличие от фото-ПЗС и -ПЗИ, в рассматриваемой матрице не используется перенос заряда между пространственно разнесенными электродами. Определены параметры фоточувствительных и накопительных элементов, при которых реализуются наибольшие времена накопления и пороговые характеристики, близкие к теоретическому пределу. Показано, что в принципе рассматриваемая матрица обладает уникальными параметрами и в ней могут быть подавлены шумы усилителя типа 1/f. Так, матрицы, площадь фоточувствительного р-n-перехода которых составляет 20х20 мкм2, могут работать в BLIP-режиме и иметь время накопления фотосигнала и формат, равные постоянной времени человеческого глаза и 1024х1024 элементов для диапазона 3 - 5 мкм и, соответственно, 300 мкс и 256х256 элементов для диапазона 8–10 мкм при температуре фона 300 К.
We theoretically study physical processes in new promising hybrid IR FPAs based on HgCdTe p-n junctions and analyze them ultimate perfomance for 3 - 5 microns and 8 - 10 microns spectral ranges. Arhitecture of these FPAs are much simpler than that of existing FPAs: IR-sensitive HgCdTe p-n junctions are used as switches themselves, and capacitors used as storage elements occupy all the area under each p-n junction. These capacitors can be produced on the base of dielectrics with relatively high permittivity (of TiO2 type or integrated ferroelectrics). In contrast to CCD and CID, the proposed FPA does not use change transfer between electrodes separated in spase. We formulate requirements to the parameters of photosensitive elements and storage capacitors to reach the largest intergration time and threshold characteristics close to the theoretical limit. It is shown that in priciple the considered FPAs have unique parameters and 1/f noise of amplifiers can be suppressed in them. FPA for 3 - 5 microns spectral range with p-n junction of 20 X 20 micronsя2 area can operate in BLIP mode at background temperature 300K; its photosignal intergration time equal to the persistence of human eye and format can reach 1024 • 1024 pixels. For 8 - 10 microns range these parameters are 300 microns and 256 • 256 pixels, respectively, when TiO2 storage capacitors are used.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
