Статья: Исследование двухспектрального многорядного фотоприемного устройства на основе ГЭС КРТ (2011)

Впервые предложена концепция аэрозольного когерентного лидара с непрерывной опорной волной (ОВ), формируемой из излучения наносекундного лазера и наделяемой свойством мультиплицированной временной когерентности (МВК). Лидар использует одночастотный зондирующий лазер, не имеет гетеродина и совместим с ветровым доплеровским низкокогерентным лидаром с МВК опорной и сигнальной волн. Представлена оригинальная процедура восстановления мощности сигнальной волны аэрозольного лидара из хронограммы когерентной составляющей тока фотодетектора.

Рассмотрены методы и схемы построения комбинированных приборов ночного видения на основе электронно‐оптических преобразователей, тепловизионных, низкоуровневых телевизионных и лазерно‐дальномерных каналов.

Экспериментально исследованы фотоэлектрические и электрофизические характеристики МДП‐структур на основе гетероэпитаксиальной структуры (ГЭС) HgCdTe МЛЭ с неоднородным распределением состава CdТе. Показано, что увеличение состава CdТе на поверхности приводит к увеличению дифференциального сопротивления области пространственного заряда для МДП‐структур на основе p-Hg0,78Cd0,22Te. Наибольшее влияние периодических барьерных областей с резко повышенным составом CdТе на электрические характеристики МДП‐структур на основе n-Hg0,7Cd0,3Te проявляется при расположении этих областей вблизи границы раздела диэлектрик—полупроводник.

В работе описан и исследован прототип 128-канального модуля на основе GaAs детекторов ультрафиолетового излучения. Лабораторные испытания модуля показали высокое значение токовой чувствительности арсенид-галлиевого фотоприемника, равное 60— 120 мА/Вт в диапазоне 220—320 нм.

Проведены моделирование и инженерный анализ конструкции фотоприемного устройства (ФПУ) с интегрированной микрокриогенной системой. Для подготовки анализа была создана трехмерная модель ФПУ. Над подготовленной трехмерной вычислительной моделью был проведен инженерный расчет. Сделан обзор набора инструментария для инженерного анализа, который был применен в работе.

Экспериментально исследована генерация второй оптической гармоники (ГВГ) в гетероэпитаксиальных структурах теллурида кадмия—ртути (КРТ), выращенных методом молекулярно‐лучевой эпитаксии на подложках GaAs. Измерены зависимости интенсивности сигнала ГВГ от направления поляризации излучения накачки и позиции лазерного луча на исследуемых образцах как для монокристаллического слоя КРТ, так и для нанесенного на него функционального поликристаллического слоя CdTe. В первом случае сигнал строго детерминирован монокристалличностью и кристаллографической ориентацией слоя КРТ, а во втором — меняется от точки к точке из‐за неоднородности структуры поликристаллического слоя CdTe.

Спроектирована микросхема считывания для матрицы ИК‐фотодиодов на основе антимонида индия формата 640x512 с размером пикселя 24x24 мкм. Топология кристалла разработана для КМОП‐технологии с проектными нормами 0,8 мкм, одним уровнем поликремния и двумя уровнями металла.

Спроектирована микросхема считывания для матрицы ИК‐фотодиодов на основе InGaAs/InP формата 320x256 для приборов ночного видения. Топология кристалла разработана для КМОП‐технологии с проектными нормами 0,8 мкм, двумя уровнями поликремния и двумя уровнями металла.

Представлены результаты разработки двухдиапазонного (3—5 и 8—12 мкм) тепловизионного прибора на основе серийно выпускаемых в ФГУП «НПО “Орион”» матричных фотоприемных модулей из InSb и CdHg1-xTex формата 256x256 элементов.

Рассмотрено влияние факторов сцены и обработки на коррекцию неоднородности фотоприемных устройств. Коррелированность сцены, адаптивность обработки, исправление дефектов и микросканирование обеспечивают условия, приближающие возможности методов работы по сцене к коррекции по опорным сигналам.

Представлены конструкция и параметры фотоприемного устройства (ФПУ) спектрального диапазона 1,1—3 мкм на основе линейки InAs конденсаторов формата 2x192. Фотоприемное устройство может работать как с системой охлаждения микрокриогенной машины МСМГ-3В-1/80, так и в обычном заливном азотном криостате. Конструкция гибридного модуля обеспечивает стыкуемость 4 модулей без оптических зазоров в направлении сканирования.

Предложен полупроводниковый КРТ-болометр на эффекте разогрева электронного газа, который можно использовать для детектирования терагерцового и миллиметрового излучения. Оцененная эквивалентная шумовая мощность детектора сравнима по величине с NEP других известных неохлаждаемых терагерцовых приемников и составляет при комнатной температуре и нулевом смещении порядка 5·10-9 Вт/Гц1/2, а при Т =77 К порядка 8·10-10 Вт/Гц1/2. Проведен расчет распределения поля, наведенного планарной антенной, в системе антенна—детектирующий элемент.

Рассмотрено современное состояние и научно‐технологические предпосылки развития ряда базовых технологий инфракрасной фотоэлектроники: полупроводниковых фоточувствительных материалов, твердотельных фотопреобразователей для ИК-, УФ- и тера-герцовой областей электромагнитного излучения, многоспектральных и быстродействующих приборов, метаматериалов и нанотехнологий для создания новых классов оптикоэлектронной аппаратуры. Представлены результаты создания ряда фотоприемных устройств, “смотрящих” и ВЗН‐матриц из Cd02Hg08Te, InSb, InGaAs, GaPAs, PbS, PbSe, Si и Ge для областей спектра 8—12, 3—5, 1—2 мкм с числом элементов 2x96, 2x256, 4x288, 2х (2x288), 6x576, 128x128, 256x256, 320x256, 384x288 и др., систем цифровой обработки и синтеза изображений, матричных формирователей тепловизионного видеосигнала на их основе.

Проведен анализ тематики и докладов 21-й Международной научно‐технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, которая состоялась в Москве 25—28 мая 2010 г. Одновременно с конференцией была организована выставка.

Предложена электростатическая система, предназначенная для получения моноэнергетичного электронного пучка. Она состоит из основного фильтра по энергии в виде плоского зеркала с закрытыми торцами и дополнительного плоского конденсатора, компенсирующего начальный разброс по энергии. Получена аналитическая формула связи напряженностей этих полей. Проведены численные расчеты системы, которые показали, что энергетический разброс в электронном пучке на линии фокусов уменьшился на порядок по сравнению с начальным тепловым разбросом.

Представлены условия диссипативной самоорганизации шаровой молнии (ШМ) в молекулярном газе за счет регулярной коррекции упругого столкновения молекул воды и азота полем когерентной бигармонической световой волны (БСВ). Поле БСВ возникает за счет преобразования энергии разряда линейной молнии в световую энергию. ШМ состоит из двух компонент: ансамбля оптически активных диамагнитных наночастиц электрон—ион и стоячей волны эллиптической поляризации (СВЭП). Показано, что время жизни ШМ зависит от энергий, накопленных наночастицами и полем СВЭП, и от устойчивости автоколебания энергий между наночастицами и СВЭП.

Приведены результаты анодирования кремния и алюминия в кислородной плазме. Плазма образована несамостоятельным тлеющим разрядом с полым катодом, для возбуждения которого при давлении кислорода 20 Па применялся электронный пучок. Плотность тока через анодируемый образец не превышала 1,5 мА/см2, а его температура составляла 200— 250 °С. На поверхности алюминия и кремния формировались сплошные бездефектные пленки Al2O3 u SiO2. Скорости роста слоев окислов составили 150—200 нм/ч для Al2O3 u 400—800 нм/ч для SiO2.

Сопоставлены вольт‐амперные характеристики электронно‐дырочных структур, сформированных с использованием методов выращивания пленок р‐типа проводимости, термической диффузии и ионной имплантации атомов бора в n-типный слой поликристаллического кремния. Выявлена S-образная характеристика исследованных структур, обусловленная изменением проводимостей базы и границ зерен при термической обработке.

Получены уравнения и произведен расчет поляризации ядер в цепочках изотопа кремния 29Si в матрице 28Si. Поляризация обусловлена сверхтонким взаимодействием спинов ядер с возбужденными триплетными центрами. Предсказана возможность возникновения само-поддерживающейся поляризации ядерных спинов. Установлено, что при варьировании внешним магнитным полем происходит скачкообразное изменение количества поляризованных ядер до 600 раз. Аналогичный скачок величиной до 40 раз возникает также с ростом темпа инжекции носителей заряда.

Рассмотрена математическая модель воздействия мощного импульсного лазерного излучения на многослойную полупроводниковую структуру, состоящую как из прозрачных, так и из поглощающих излучение слоев.