Научный архив: статьи

Параметры традиционных полупроводниковых фотоприёмников приблизились к своим теоретическим пределам. Лавинные фотодиоды позволяют проводить счёт единичных фотонов не только в режиме Гейгера, но и в линейном режиме, обладающем рядом важных преимуществ. Разработаны фотодиоды даже с «нешумящей» лавиной, что ранее считалось невозможным. Предложены новые фоточувствительные структуры, в том числе структуры с электронным переносом и структуры с энергетическим барьером для основных носителей. Выдающиеся успехи достигнуты в разработке матричных фотоприёмных устройств. Освоены все актуальные спектральные диапазоны — от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного. В диапазоне 8—10 мкм получено рекордное значение эквивалентной шуму разности температур 1—2 мК.

Рассмотрены основные области применения изделий твёрдотельной фотоэлектроники: системы дневного, ночного и теплового видения, системы дистанционного зондирования Земли, лазерные системы и устройства на оптронных парах, в том числе волоконнооптические и открытые оптические линии передачи информации. Среди гражданских применений выделены медицина, промышленность, энергетика. Без фотоэлектроники нельзя представить и современное вооружение. Рассмотрены тепловые, корреляционные, ультрафиолетовые головки самонаведения, системы астроориентации и астрокоррекции. Важнейшими средствами обнаружения стали системы оптической пассивной и активной локации, их стремительное развитие обусловлено прогрессом инфракрасных матриц. Фактически фотоэлектроника проникла во все сферы деятельности человека

Авторами показано, что при изготовлении матриц фоточувствительных элементов на гетероструктурах InGaAs/InP по мезапланарной технологии использование травителя HCl: HNO3: CH3COOH: H2O2 = 1:6:1:1 позволило воспроизводимо получать мезаструктуры глубиной 3÷7 мкм с полированной боковой поверхностью и углом наклон мезаструктуры 60°.

В статье исследуется повышенная взаимосвязь между элементами фоточувствительной матрицы. Установлена причина этого явления: смыкание элементов матрицы из-за боковой диффузии. Выбраны оптимальные величины параметров, а именно, глубина диффузии примеси менее 2,5 мкм и расстояние между p+-областями соседних элементов матрицы 1 мкм, что обеспечило минимальный уровень взаимосвязи без потерь в обнаружительной способности.

Исследована спектральная характеристика фотоприемного устройства (ФПУ) на основе ультрафиолетового фотодиода Шоттки из GaP. Показаны два механизма формирования спектральной характеристики: в области 0,28—0,54 мкм — собственное поглощение, в области более 0,54 мкм — поглощение на барьере Шоттки. В первой области спектральной чувствительности ФПУ может работать как пороговый фотоприемник. Во второй области спектральной чувствительности ФПУ способно работать как обнаружитель мощных оптических сигналов.

Данная работа посвящена рассмотрению и практической реализации различных схемных решений быстродействующих фотоприемных устройств, основанных на использовании в качестве фоточувствительного элемента фотодиодов, оптимизированных для приема на спектральный диапазон 0,85—1,067 мкм. При этом длительность входных оптических сигналов может изменяться в широком диапазоне от 5 до 400 нс, с уровнями регистрируемых энергий от 110-16 до 210-9 Дж.

В статье обсуждается методика пассивации и защиты поверхности In1-xGaxAs1-yPy с помощью обработки в плазме СF4 и N2 и осаждения пленки Si3N4 плазмохимическим методом при температурах не более 200 оС. Разработанная технология обеспечивает получение и стабилизацию плотности темнового тока при U = 10 B на уровне 10-5—10-6 А/см-2, а также плотность микропор 0—20 см-2 при диэлектрической прочности 107 В/см.

В статье говорится об особенности проектирования импульсных ФПУ, связанной с необходимостью обеспечения квазиоптимальной фильтрации, обеспечивающей выделение сигнала из шумов фотодиода и усилителя. Показана одна из возможных простых реализаций квазиоптимального фильтра импульсного ФПУ на основе p–i–n- и лавинных InGaAs/InPфотодиодов. Представлены численный анализ зависимости пороговой чувствительности ФПУ на основе InGaAs/InP от длительности входного импульса излучения для различных диаметров фоточувствительного элемента для значений ёмкостей CФД и темновых токов IФД, а также оптимальные значения постоянной времени  двойного RC-фильтра, обеспечивающие приемлемые длительности переднего фронта tmax при длительности входного импульса 0,5 = 10 нс для всего типоразмерного ряда ФПУ. Построены графики зависимости пороговой чувствительности ФПУ от длительности сигнала и диаметра фоточувствительного элемента. Сформулированы требования к структуре всех типов ФПУ для максимального выделения импульсного сигнала из шума.

В статье приведены результаты экспериментального подтверждения методики измерения функции рассеяния точки и пятен рассеяния объективов с помощью матричного фотоприемного устройства. В ходе работы был поставлен экспери-мент и проведено его математическое моделирование. Требуемый динамический диапазон системы достигнут путем обработки массива кадров с различным време-нем накопления. Для проведения эксперимента было разработано специализиро-ванное программное обеспечение (ПО). Сравнение результатов, полученных с по-мощью математической модели и экспериментальных данных, подтверждает разработанные ранее требования к методике измерения пятен рассеяния с помо-щью матричного фотоприемного устройства.