Статьи

Представлены теоретические исследования криптон-гелиевой плазмы в качестве активной среды лазера с оптической накачкой. Созданы кинетические модели Ar-He и Kr-He плазмы и проведено сравнение эффективности наработки метастабильных атомов в данных средах. Показано, что Kr-He плазма позволяет получить более высокую концентрацию метастабильных атомов при меньшем напряжении разряда. Обоснована возможность получения в среде Kr-He одновременной лазерной генерации на двух длинах волн 877,7 нм и 892,9 нм. Проведены эксперименты по получению лазерной генерации на метастабильных атомах криптона на длине волны 892,9 нм. Для возбуждения метастабильных атомов криптона использовался импульсно-периодический разряд. Оптическая накачка осуществлялась излучением диодного лазера.

Представлена экспериментальная оценка характеристик СВЧ-фильтра на основе высокоомного кремния, выполненного по SIW (Substrate Integrated Waveguide)-технологии. Проведена итеративная обработки электронным излучением по разработанному алгоритму. Показана работоспособность фильтра при накопленной дозе 150 Мрад, критическое изменение S-параметров при накопленной дозе 300 Мрад.

Рассчитан коэффициент запаса при эксплуатации СВЧ-фильтра на различных орбитах. Показана возможность применения СВЧ-фильтра на внешних поверхностях космического аппарата без применения дополнительных мер защиты.

Дан обзор докладов, представленных на Форуме «Микроэлектроника 2024»на секции 12 «Технологии оптоэлектроники и фотоники», посвященных современному состоянию и перспективам развития.

Методом дифференциального термического анализа исследована структурная релаксация в стеклах As30Se70, As40Se60, Ge10As40Se50, Ge20Se80, охлажденных из расплава с разной скоростью; определены температуры стеклования стекол, определена зависимость температуры стеклования от скорости охлаждения. По экспериментально полученным зависимостям температуры стеклования от скорости охлаждения рассчитана энергия активации релаксации. Результаты сопоставлены со средним координационным числом и изменением удельного объема. Для стекла As40Se60 показана корреляция между температурой стеклования, удельным объемом и коэффициентом преломления, что позволяет давать количественные оценки температурно-временным изменениям физических структурно-чувствительных свойств стекол в процессе обработки и эксплуатации по анализу релаксационных кривых теплоемкости.

Рассмотрена группа актуальных способов компенсации негативного влияния дефектных элементов на пороговые характеристики фотомодулей (ФМ) инфракрасного диапазона (ИК) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН). Особенностью изучаемой группы является компенсация, основанная на деселекции (отключении) дефектных элементов. Проведены эксперименты по изучению влияния рассмотренных подходов на шум, отношение сигнал/шум (SNR) и удельную обнаружительную способность (D*) каналов ИК ФМ с режимом ВЗН. Анализ эмпирических данных показал, что современные инструменты компенсации негативного влияния обеспечивают улучшение шума и SNR каналов. Однако при этом способы ухудшают D* некоторой части каналов. Показано, что данный негативный эффект обусловлен критериями детектирования дефектных элементов, применяемыми в современных решениях. Известными правилами детектирования не оценивается, способно ли изменение SNR каналов после деселекции компенсировать потери их эффективной фоточувствительной площади (ЭФП). Предложен критерий, выполняющий данную оценку. Совокупное использование такого критерия с деселекцией позволяет улучшить шум и SNR каналов фотомодуля без ухудшения их D*.

Получено нестационарное уравнение диффузии проникновения переменного магнитного поля в сверхпроводники, находящихся в мейснеровском состоянии, в соответствии с двухжидкостной моделью, согласно которой все электроны в сверхпроводнике делятся на два типа – сверхпроводящие и нормальные. Представлена физическая интерпретация выведенного уравнения и отмечены некоторые его особенности. При гармоническом изменении магнитного поля данное уравнение сводится к модифицированному уравнению Лондонов, в котором получено комплексное выражение для глубины проникновения переменного магнитного поля в зависимости от частоты и долей концентраций нормальных и сверхпроводящих электронов (или фактически от температуры). Получены аналитические решения нестационарного уравнения диффузии в сверхпроводниках в некоторых частных случаях – для сверхпроводящего полупространства и плоскопараллельной сверхпроводящей пластины конечной толщины с заданными граничными и начальными условиями.

Экспериментально и теоретически исследовано влияние эффекта поглощенной дозы ионизирующего излучения на работу линейного стабилизатора напряжения положительной полярности ИС-ЛС3-5В с низким падением напряжения с использованием разработанного аппаратно-программного комплекса. Установлено, что по параметрам выходное напряжение и минимальное падение напряжения ИС-ЛС3-5В демонстрирует радиационную стойкость к эффектам поглощенной дозы и сохраняет функциональное состояние без отказа в исследованном диапазоне облучения. Определена аналитическая зависимость выходного напряжения и минимального падения напряжения от поглощенной дозы ионизирующего излучения. Разработана принципиальная схема и SPICE-макромодель стабилизатора ИС-ЛС3-5В для электротехнического моделирования с учетом величины поглощенной дозы при радиационном облучении.

Приведены результаты разработки полупроводникового источника белого света, обладающего нейтральной цветовой температурой и высоким индексом цветопередачи. Разработанный источник белого света состоит из двух светодиодных гетероструктурных кристаллов на основе GaN синего и зеленого цветов свечения, установленных в общий металл-полимерный корпус и покрытых люминофорной композицией из красного и желтого люминофоров. Показано, что подбор оптимального соотношения между красным и желтым люминофорами и между связующим силиконом позволяет достичь высокий индекс цветопередачи и обеспечить необходимую цветовую температуру. В частности, использование в люминофорной композиции 9 % желтого люминофора, 1 % красного люминофора и 90 % силиконового наполнителя позволило обеспечить цветовую температуру двухкристального источника света 4500 К и индекс цветопередачи на уровне 94.

Представлен оптоволоконный температурный сенсор (пирометр) средневолнового ИК-диапазона, предназначенный для контроля динамики изменения температуры образцов сегнетоэлектрических материалов и полупроводниковых структур малых объемов. Устройство обеспечивает детектирование теплового излучения участка поверхности объекта диаметром до 1 мм с разрешением не хуже  50 мK и быстродействием до 1 мс в диапазоне температур 20–200 С в том числе непосредственно в области лазерного термоволнового воздействия. Эффективность устройства продемонстрирована на примерах его использования для исследования термоэлектрических эффектов в сегнетоэлектрических и полупроводниковых структурах.

Совокупность полученных характеристик обеспечивается использованием последних достижений отечественной элементной базы фотоники – неохлаждаемого спектрально селективного ИК-фотодиода, чувствительного в узкой спектральной области 4,2  0,25 мкм (разработка ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН) и оптоволоконной схемы доставки теплового излучения на основе ИК-оптоволокна с высоким коэффициентом пропускания в области 3–12 мкм (разработка НЦВО РАН им. Е. М. Дианова).

Применение оптических покрытий на основе многослойных диэлектрических зеркал в настоящий момент представляет существенный интерес для создания радиационностойкой зеркальной оптики. Апробировано применение метода распыления ионным пучком для создания ИК-зеркала на основе пары Ta2O5/SiO2, нанесенного на подложку из плавленого кварца. Полученные образцы были изучены с помощью спектрофотомерии в видимом и ИК-диапазонах, рентгеновской рефлектрометрии и дифракции. Примененный метод позволил получать аморфные слои Ta2O5 и SiO2. Для достигнутых толщин и плотностей покрытий коэффициент отражения в ближнем ИК превышал 99,9 %. Показано, что использованная комплексная методика может быть полезна не только для исследования структуры и состава подобных покрытий, но и для индикации отклонения формы образцов, например, вследствие растягивающих механических напряжений.

Исследовано распределение концентрации свободных электронов вдоль оси для двух монокристаллов n-GaAs, выращенных методом Чохральского и легированных теллуром. Значение концентрации свободных электронов определялось двумя методами: традиционным холловским с использованием четырёхконтактной геометрии (метод Ван дер Пау) и с помощью разработанного авторами оптического метода, основанного на анализе спектров инфракрасного отражения. Все измерения проводились при комнатной температуре. Показано, что зависимости холловской и оптической концентраций свободных электронов от координаты вдоль оси монокристалла описываются линейными функциями. Соответственно, значения реального коэффициента распределения теллура в слитке могут заметно отличаться от общепринятого (табличного). Установлено, что холловская концентрация превышает оптическую, то есть приповерхностные слои исследованных образцов обеднены свободными электронами (по сравнению с объёмом), причём расхождение между значениями холловской и оптической концентраций увеличивается вдоль оси слитка.

Гибридно-монолитные матрицы ИК-диапазона на основе коллоидных квантовых то-чек (ККТ) активно развиваются в последние несколько лет. Динамика развития и достигнутые на сегодняшний день параметры по шагу, предельному формату и низкой стоимости позволяют говорить о том, что данное направление может обеспечить массовое распространение ИК-камер такого типа в различных сферах, где применение классических гибридных матричных фотоприемников ограничено или невозможно. Статья посвящена базовым вопросам построения таких матриц, анализу передовых достижений по данному направлению, в том числе в России, а также прогнозу возможных применений, которые открываются для ИК-фотосенсорики на основе ККТ.