Статья: ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ ПЕРЕХОДНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ТЕМНОВЫЕ ТОКИ КРЕМНИЕВЫХ ФОТОДИОДОВ (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.

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.

Приведены результаты исследования планарных фотодиодов (ФД) матричных фоточувствительных элементов (МФЧЭ) на основе гетероэпитаксиальной структуры InGaAs/InP формата 320х256 элементов с шагом 30 мкм, гибридизированных с различными типами БИС считывания. Показано, что для уменьшения взаимосвязи МФЧЭ при комнатной температуре необходимо увеличивать обратное смещение на ФД до уровня не менее 2 В. Установлено, что значительного уменьшения темнового тока можно добиться при уменьшении температуры МФЧЭ до -20 °С с помощью двухкаскадного термоэлектрического охладителя. Лучшее среднее по МФЧЭ значение темнового тока планарных фотодиодов при комнатной температуре достигает минимального значения 0,22 пА при оптимальном смещении на ФД равном -2,4 В.

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.