Определена возможность использования ФЭУ-МКП «Топаз» в качестве спектрометрического датчика. Исследован характер зависимости средней амплитуды импульса ФЭУ от числа электронов, испускаемых фотокатодом под воздействием вспышки сцинтиллятора, произведена оценка собственного амплитудного разрешения ФЭУ. Предложен и опробован способ определения количества фотоэлектронов в «пакете» при многофотонном импульсном облучении по выходному току ФЭУ-МКП. Полученные экспериментальные данные – линейная зависимость амплитуды импульсов от количества электронов в «пакете» при многофотонном импульсном облучении и достаточно низкое собственное амплитудное разрешение – позволяют сделать вывод о возможности использования ФЭУ-МКП «Топаз» в качестве спектрометрического датчика в сцинтилляционном спектрометре.
В работе предложено решение задачи оптимизации частотной характеристики входных ячеек большой интегральной схемы (БИС) считывания инфракрасных (ИК) многорядных фотоприемных устройств (ФПУ), осуществляющих регистрацию малоразмерных объектов на пространственно-однородном фоне. В качестве критерия выбрано значение отношения сигнал/шум на выходе ячейки. Предложено расположить дополнительные (отключаемые) дискретно-аналоговые фильтры нижних частот (ФНЧ) первого порядка в ячейках БИС после интеграторов. Подключение дополнительных ФНЧ позволит обеспечить высокую чувствительность к излучению малоразмерного объекта, а отключение ФНЧ – высокое пространственное разрешение. В работе определены оптимальные параметры дополнительных ФНЧ, проведено сравнение эффективности работы предложенных ФНЧ с эффективностью согласованного суммирования сигналов от малоразмерного объекта.
Представлены результаты расчетов фотоэлектрических характеристик многоэлементных ИК ФПУ с «сотовой» топологией фоточувствительных элементов при регистрации точечных источников излучения. При расчетах учтены основные фотоэлектрические и конструктивные параметры фотоприемников и оптической системы. Показано, что предлагаемая топология фоточувствительной матрицы позволяет увеличить пороговую чувствительность и, следовательно, вероятность обнаружения точечных источников.
Рассмотрены параметры средневолнового инфракрасного фотоприемного устройства, изготовленного в виде гибридной микросхемы на основе фокальной матрицы планарных n+–pпереходов HgCdTe с числом 20482048 элементов и кремниевого мультиплексора. Температурная зависимость обратного тока элементов в диапазоне 125–300 К имела характерную зависимость Аррениуса с энергией активации близкой к ширине запрещенной зоны полупроводника и лимитировалась диффузионной компонентой тока. При более низкой температуре ток лимитировался генерацией носителей с участием глубокого уровня локализованного вблизи середины запрещенной зоны. Гистограмма обнаружительной способности элементов матрицы имела вид симметричной кривой с максимумом и средним значением 1,31012 см Гц1/2/Вт.
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.
Разработана математическая модель, позволяющая экспериментально реализовать метод измерения спектральной чувствительности ИК ФЧЭ, использующий модель черного тела (МЧТ) и систему регистрации сигналов ИК МФПУ. Построена теоретическая модель расчета спектральной чувствительности и проведено исследование корректности метода.
Представлены результаты расчетов фотоэлектрических характеристик многоэлементных ИК ФПУ для точечных источников изображения. Анализ основан на моделировании диффузии фотогенерированных носителей заряда в фотодиодных матрицах на эпитаксиальных слоях кадмий-ртуть-теллур методом Монте-Карло. При расчетах учтены основные фотоэлектрические и конструктивные параметры фоточувствительных элементов и оптической системы. Полученные результаты позволяют сформулировать требования к конструктивным и фотоэлектрическим параметрам фоточувствительных элементов ФПУ, обеспечивающих достижение оптимальной величин чувствительности и пространственного разрешения в условиях однородной освещенности матрицы и ее засветки оптическим пятном от точечного источника излучения.
Представлен прогноз возможных путей развития ИК ФПУ. Подчеркивается возрастающая роль кремниевых устройств считывания на характеристики и функциональные возможности многоэлементных ИК ФПУ следующих поколений.
В работе ставится задача получения критерия качества фотоприемника, определяющего его способность формировать качественное тепловизионное изображение. Рассматривается прямая задача получения тепловизионного изображения при выполнении коррекции сигнала фотоприёмника по одной точке. Критерий качества найден как функционал невязки обратной оптимизационной задачи, а его минимизация является оптимизацией технологии изготовления матрицы фоточувствительных элементов (ФЧЭ). Критерием является величина Ск, равная отношению пространственного шума к временному шуму: если величина Ск стационарна во времени, а ее значение 0 ≤ Ск ≤ 1, то фотоприемное устройство способно формировать качественное тепловизионное изображение и технология изготовления матрицы ФЧЭ является оптимальной по критерию минимизации величины пространственного шума. Показано, что для матричных (Ск ≈ 0,9–1,0) и линейчатого (Ск ≈ 0,9) фотоприемников «Софрадир» величина Ск ≤ 1, для линейчатых фотоприемников НПО «ОРИОН» и ИФП СО РАН величина Ск > 1 (Ск ≈ 1,1–1,2). Отечественные матричные фотоприёмники ИФП СО РАН показали перспективу на достижение показателя Ск ≤ 1 при использовании технологии получения матриц ФЧЭ на подложках из кремния.
24–26 мая 2018 года состоялась Юбилейная XXV Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения. Приведен краткий обзор представленных докладов.
В работе предложен метод цифровой коррекции выходных сигналов многорядных инфракрасных (ИК) фотоприемных устройств (ФПУ), осуществляющих регистрацию малоразмерных объектов. Метод позволяет скорректировать форму импульсного отклика, искаженного в результате высокочастотной фильтрации внутри ФПУ, и повысить отношение сигнал/шум. Проведено сравнение метода, представленного в данной работе с методом согласованной фильтрации, и показана эффективность предложенного метода для уменьшения числа дефектных «аномально шумящих» каналов ФПУ. Исходными данными для расчетов служат изображения, полученные в результате стендовых испытаний ФПУ в режиме регистрации малоразмерного объекта при сканировании.
Проанализировано современное состояние твердотельной фотоэлектроники, представлены результаты и перспективы проведения научных исследований с целью создания фотоприемных устройств (ФПУ) новых поколений. В работе рассматриваются характеристики как выпускаемых серийно, так и вновь разрабатываемых ФПУ, детектирующих излучение в различных спектральных диапазонах ИК области спектра на основе полупроводниковых материалов групп А3В5 и А2В6, а именно: структуры на основе соединений сурьмы в диапазоне 3–5 мкм; QWIP-структуры GaAs/AlGaAs в диапазоне 7,8–9,3 мкм; структуры HgCdTe – в диапазонах 3–5 и 8–12 мкм; XBn-структуры InGaAs в диапазоне 0,9–1,7 мкм. Показаны наиболее близкие зарубежные аналоги и определены пути дальнейшего улучшения их характеристик.