Статья: МАТРИЧНЫЕ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ ПЛАНАРНЫХ ФОТОДИОДОВ ИЗ ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ INGAAS/INP (2014)

Приведены результаты экспериментальных исследований влияния работы микрокриогенной системы (МКС) типа « интегральный стирлинг », применяемых в криогенно-охлаждаемых ФПУ, на характеристики оптико-электронных систем. В ходе исследования были проведены измерения величин смещений и наклонов охлаждающего пальца микрокриогенной системы и определены возможности использования существующих МКС для создания перспективных ФПУ с малым шагом.

В работе рассмотрен подход к оценке вероятностей обнаружения, классификации, распознавания и идентификации объектов оптико-электронными системами «смотрящего» типа, построенными на базе инфракрасных матричных фотоприёмных устройств, в условиях изменения температурного разрешения отдельных областей чувствительных элементов матричного фотоприёмника вследствие попадания в поле лазерного излучения.

Исследованы элементы планарной фоточувствительной матрицы на основе гетероэпитаксиальной структуры InGaAs/InP. Формат матрицы 320х256 пикселей с шагом 30 мкм. Представлено распределение темнового тока по элементам матрицы при двух значениях напряжения смещения. Исследованы вольт-амперные характеристики тестовых элементов различной площади. На основании этих исследований определены составляющие плотности темнового тока, зависящие от объёма и периметра элементов. Для объёмной составляющей плотности темнового тока получено значение 3·10-7 А/см2 при напряжении 5 В. Оценено эффективное время жизни носителей в области пространственного заряда p-n-перехода τэфф =95 мкс.

В работе рассмотрены основные источники металлических примесей, ухудшающих темновые токи кремниевых фотодиодов. С использованием методов спектрального, нейтронно-активационного анализа (НАА) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) показано, что основным источником примеси переходных элементов, прежде всего железа, является газовая атмосфера реактора, которая загрязняется из аппаратуры для проведения термодиффузионных процессов. Также установлено, что концентрационные профили межузельного железа, полученные методом ЭПР, и термодоноров в кремнии р-типа близки, что свидетельствует об основной роли Fe i 0 в образовании последних. Применение двухстенных реакторов, операций геттерирования примесей и медленного охлаждения образцов после высокотемпературных операций позволяет существенно снизить темновые токи фотодиодов.

Рассматривается схема построения 14-разрядного дельта-сигма аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с конвейерным считыванием. Анализируются основные концепции построения (АЦП) в накопительной ячейке для матричных ФПУ ИК-диапазона. Наличие АЦП в ячейке БИС считывания позволяет в десятки раз увеличить время накопления и, улучшить пороговые характеристики. Предложен способ оптимизации АЦП по площади за счет применения LFSR-счетчика, работающего в двух режимах: формирования цифрового кода и его последовательного считывания.

В статье рассмотрены основные принципы работы систем пространственно-временного преобразования информации на примере ФПУ с ВЗН формата 1024×10. Для вычитания неинформативной постоянной составляющей сигналов, во входных ячейках большой интегральной схемы (БИС) считывания ФПУ расположены отключаемые фильтры верхних частот. ВЗН осуществляется внутри БИС и имеет “адресную” реализацию с матрицей аналоговых сумматоров. С целью увеличения пространственного разрешения системы в направлении сканирования, на каждый канал ФПУ (10 чувствительных элементов) приходится 28 ВЗН-сумматоров. Таким образом, имеется возможность осуществлять 3 выборки значений сигналов при перемещении пятна излучения между соседними ФЧЭ в режиме сканирования. Матрица фоточувствительных элементов (ФЧЭ) разделена на 4 субматрицы с целью увеличения пространственного разрешения в направлении, перпендикулярном сканированию. В работе описаны основные схемотехнические решения и представлены необходимые расчетные соотношения.

В работе представлена методика измерения фотоэлектрических параметров ФПУ с режимом временной задержки и накопления (ВЗН) без оптико-механического сканирования. Особенностью ФПУ является наличие отключаемых фильтров верхних частот во входных ячейках большой интегральной схемы (БИС), что позволяет производить вычитание неинформативной постоянной составляющей сигналов. В качестве источника оптического сигнала выступало абсолютно черное тело (АЧТ) с модулятором. Критерием выбора частоты модуляции служил период ВЗН и амплитудно-частотная характеристика ФПУ. Для корректного измерения значений сигналов произведен расчет параметров нерекурсивного ВЗН-фильтра. Значения шумов ФПУ получены вычитанием периодической амплитудной модуляции. Произведен расчет зависимости фоновых облученностей на чувствительный элемент, построена зависимость шумов ФПУ от температуры фона. Вычислены внутренние шумы ФПУ. В конце работы представлены численные результаты измерения параметров.

Разработана теория, позволяющая достаточно точно прогнозировать полный набор характеристик (сигналы, шумы фотоэлектрические параметры) по всем элементам разрабатываемого матричного фотоприемного устройства (МФПУ) на основе фотодиодной матрицы и осуществить оптимизацию параметров устройства. Теория основана на новом подходе к определению облученности МФПУ, обеспечивающем ее расчет для любой формы диафрагмы в светоизолирующем экране. Рассмотрена работа как «смотрящих», так и «сканирующих» МФПУ, работающих в режиме временной задержки и накопления (ВЗН). Теория проверена на МФПУ формата 320х256. Сравнивались расчетные данные по зависимостям сигналов и шумов фоточувствительных элементов (ФЧЭ) с экспериментально полученными значениями при разных временах накопления и температурах фонового облучения. Получено полное совпадение теоретических и экспериментальных данных, подтверждающее справедливость модели. Теория, несомненно, будет полезна для разработчиков и производителей МФПУ, а также и для их потребителей. Модель может быть легко распространена и на системы, использующие матричные МФПУ.

Экспериментально исследована убыль массы жидкого электролитного катода в диапазоне разрядного тока 8─18 А. Установлены закономерности расходования электролита на создание плазмообразующей среды.

Исследованы порошки на основе карбонитрида титана, полученные из плазменной среды вакуумного дугового разряда. Установлено, что они обладают свойствами, присущими нанокристаллическим материалам. Структура и свойства порошков зависят от режимов распыления, особенно величины потенциала межэлектродного пространства и давления реакционных газов - азота и ацетилена. Обсуждаются возможные механизмы формирования структур при эволюции плазменного потока от катодного пятна до стенок вакуумной камеры.

В статье представлены результаты исследования спектра излучения микроплазменного разряда, возбуждаемого на поверхности титанового образца при воздействии импульсного потока плазмы в режиме поддержания разряда импульсным электрическим током амплитудой 100 А и длительностью до 20 мс. На основании анализа соотношений интенсивностей линий излучения атомов и ионов титана в интервале длин волн 390 ─ 525 нм сделана оценка электронной температуры в микроплазменном разряде, величина которой находится в интервале 0,3 ─ 1,5 эВ.

Рассмотрены различные способы построения источников мощных СВЧ-импульсов на основе взаимодействия релятивистских сильноточных электронных пучков с заранее созданной плазмой. Предложена конфигурация СВЧ-генератора с минимально возможным объемом, занятым магнитным полем, и пригодная для генерации импульсов с большой частотой повторения.

В работе изложены результаты теоретических исследований степени влияния продольного магнитного поля в сепарирующем пространстве и конечной толщины азимутатора на траектории ионов в процессе плазмооптической масс-сепарации. Представлены экспериментальные данные по способу формирования потока ионов для масс-сепаратора и свидетельства влияния плазмы в плазменном ускорителе и сепарирующем пространстве на функцию распределения ионов по энергии.

В работе представлены результаты численных расчетов температуры и концентрации электронов в плазме индуктивного ВЧ-разряда в инертных газах. Диапазон рассмотренных давлений 1─200 мТорр. Результаты расчетов позволили объяснить немонотонную зависимость параметров плазмы от давления инертных газов возрастанием энергозатрат на возбуждение атомов при низких значениях электронной температуры и усилением выноса энергии ионами на стенки источника плазмы при повышении роли емкостной составляющей разряда

Показана возможность эффективной конверсии SiF4 в SiHF3, SiH2F2 и SiH4 в объемном самостоятельном разряде, зажигаемом в смеси SiF4: H2. Величины энергетической цены синтеза SiHF3 по энергии, запасенной в конденсаторе системы формирования разряда, и по энергии, введенной в газоразрядную плазму, составили соответственно Q ≈ 57 кВт-ч/кг (182 эВ/молекула) и Q ≈ 9 кВт-ч/кг (91 эВ/молекула). Установлено, что в диапазоне давлений смеси Р =60÷350 Торр энергетическая цена не зависит от давления.