Лаборатория физико-технологических основ создания приборов на основе соединений А2В6

РАЗРАБОТКИ

  1. Линейчатый фотоприемник формата 288×4 с двунаправленным режимом ВЗН.

    2. Разработан и изготовлен кремниевый мультиплексор по серийной одномикронной КМОП-технологии с двумя уровнями металла и двумя уровнями поликремния с двунаправленным ВЗН-сканированием и деселекцией дефектных элементов.

    Изготовлены фотодиодные фоточувствительные элементы формата 288×4 элементов с помощью ионного легирования бором ГЭС КРТ МЛЭ p-типа для спектрального диапазона 8–12 мкм. Темновые токи высококачественных фотодиодов составляют 5–10 нА при обратном напряжении смещения –150 мВ и лимитированы, в основном, диффузионной компонентой. Величина произведения R0A ≈ 70 Ом·см2.

    Методом гибридной сборки на индиевых столбах фоточувствительного фотодиодного элемента и мультиплексора изготовлены образцы ИКФП. Спектральная чувствительность по уровню 0,5 от максимального значения лежит в диапазоне 8–12 мкм. Вольтовая чувствительность и удельная обнаружительная способность в максимуме чувствительности составляют (2–3)×108 В/Вт и (1,5–3,0)×1011 см·Гц1/2·Вт–1 соответственно.

    В таблице приведены основные параметры линейчатого фотоприемника форматом 288×4 элементов на основе ГЭС МЛЭ для спектрального окна прозрачности атмосферы 8-12 мкм.

    Наименование параметра Значение параметра
    Длинноволновая граница спектральной чувствительности по уровню 0,5 мкм 10,2
    Среднее значение удельной обнаружительной способности по недефектным каналам в максимуме спектральной чувствительности, cм·Гц1/2·Вт–1 2,74×1011
    Минимальное значение удельной обнаружительной способности D*λ по недефектным каналам в максимуме спектральной чувствительности, cм·Гц1/2·Вт–1 1,75×1011
    Среднеквадратическое отклонение удельной обнаружительной способности каналов, % 11,7
    Среднее значение вольтовой чувствительности каналов в максимуме спектральной чувствительности, В/Вт 3,2×108
    Среднеквадратическое отклонение вольтовой чувствительности каналов, % 7,8
    Количество дефектных каналов, шт. 0
    Количество соседних дефектных каналов, шт. 0

    На рис.1 и 2 приведены внешний вид и пример теплового изображения, полученного с помощью линейчатого фотоприемного модуля 288×4.

    Рис.1. Внешний вид линейчатого фотоприемного модуля 288×4.

    Рис.2. Пример теплового изображения, полученного с помощью линейчатого фотоприемного модуля 288×4.

  2. Двухспектральные фоточувствительные элементы в слоях гетероэпитаксиальных наноструктур КРТ

    В рамках НИР «Самун» разработана технология и изготовлены двухспектральные фоточувствительные элементы в слоях гетероэпитаксиальных наноструктур КРТ.

    Поперечное сечение фоточувствительной структуры на основе гетероэпитаксиальной наноструктуры КРТ.

    Основные параметры экспериментальных образцов двухспектральных фоточувствительных элементов (ДФЧЭ) в слоях гетероэпитаксиальных наноструктур КРТ (ГЭ НС КРТ) формата 4×288 элементов для спектральных диапазонов 3-5 и 8-11 мкм приведены в таблице.

    Фотоэлектрические параметры ДФПУ формата 288×4 элемнтов:

    Наименование параметра, условное обозначение Измеренное значение параметра
    Длинноволновая граница по уровню 0,5 от макси­мального значения в спектральном диапазоне 3-5 мкм, мкм 5,7
    Длинноволновая граница по уровню 0,5 от максимального значения в спектральном диапазоне 8-11 мкм, мкм 9,7
    Среднее значение удельной обнаружительной способности D*λmax по недефектным каналам в максимуме спектральной чувствительности в спектральном диапазоне 3–5 мкм, см×Гц1/2×Вт–1, ×1011 10,1
    Среднее значение удельной обнаружительной способности D*λmax по недефектным каналам в максимуме спектральной чувствительности в спектральном диапазоне 8–11 мкм, см×Гц1/2×Вт–1, ×1011 2,24
    Количество годных каналов, шт. 288
    Энергопотребление МКС, Вт, не более:
    - в период выхода на режим
    - в установившемся режиме
    20
    14,9

    Примеры тепловых изображений, полученных с использованием макетного образца субмодуля электронной обработки, показаны на рисунке 3.


    a)
    б)
    в)

    г)
    д)
    е)

    Рисунок 3. Тепловые изображения, полученные при помощи макетного образца субмодуля электронной обработки сигналов.
    а, г – изображения в спектральном диапазоне 3-5 мкм;
    б, д – изображения в спектральном диапазоне 8-12 мкм;
    в, е – линейная комбинация изображений обоих спектральных диапазонов.

  3. Высококачественные длинноволновые инфракрасные матричные ФПУ формата 320×256

    Разработана технология и изготовлены матричные фотоприемные модули на основе ГЭС МЛЭ КРТ, выращенных на «альтернативной» подложке из кремния. Такие фотоприемники обладают повышенной стойкостью к термоциклированиям, поскольку коэффициенты термического расширения кремниевой схемы считывания и фотоприемной матрицы на кремниевой подложке одинаковы.

    Величина темнового тока ФПМ фотодиодов с длинноволновой границей λ1/2 = (9.2÷9.6) мкм составляет 0.25÷0.45 нА, величина произведения R0A - (0.9÷1.8)×102 Ом·см2. Вольтовая чувствительность, пороговая облученность и среднее значение NETD в максимуме чувствительности ФПУ составляют 11,8×108 В/Вт, 3,7×10-8Вт/см2 и 26,8 мК, соответственно. Доля дефектных не работающих элементов составляет 0,05% от общего количества. Топограмма дефектных элементов приведена на рисунке 4.

    а)

    б)

    Рисунок 4. Топограммы дефектных элементов длинноволнового ФПУ на основе оптимизированной ГЭС КРТ; а) дефектные элементы по чувствительности и пороговой облученности (1,5% от общего количества), б) не работающие элементы (0,05% от общего количества).

  4. Разработка и изготовление опытных образцов унифицированных модулей МФПУ формата 640×512 для спектральных диапазонов 3 – 5 мкм и 8 – 10 мкм

    Унифицированные модули матричных фотоприемных устройств (МФПУ) предназначены для использования в составе оптико-электронных каналов различного назначения.

    Унифицированные модули МФПУ для спектрального диапазона 3 – 5 мкм (индекс МФПУ-С) и унифицированные модули МФПУ для спектрального диапазона 8 – 10 мкм (индекс МФПУ-Д) включают сборку матрицы фотодиодов формата не менее 640×512 элементов на основе гетероэпитаксиальных наноструктур «кадмий-ртуть-теллур» на кремнии с кремниевой схемой считывания, осуществляющую прием и преобразование энергии инфракрасного излучения в электрический сигнал, смонтированную в вакуумном криостатируемом корпусе (ВКК), сопряженном с микрокриогенной системой охлаждения (МКСО), обеспечивающей рабочий температурный режим.

    На рисунке 5 приведены топограмма дефектных элементов (черные точки и скопления) и гистограмма разности температур, эквивалентной шуму (NETD) МФП-С № 4.

    Рисунок 5. Гистограмма NETD элементов МФП-С №4. Средняя величина NETD = 16,17 мК и топограмма дефектных элементов МФП-С №4 Количество дефектных элементов– 1,84%.

    На рисунке 6 приведены топограмма дефектных элементов (черные точки и скопления) и гистограмма разности температур, эквивалентной шуму (NETD) МФП-Д № 6.

    Рисунок 6. Гистограмма NETD элементов МФП-Д №6. Средняя величина NETD = 29,9 мК и топограмма дефектных элементов МФП-Д №6 Количество дефектных элементов– 4,57%.

    Измерения параметров опытных образцов модулей МФПУ показали соответствие параметров опытных образцов МФПУ-С и МФПУ-Д требованиям ТЗ за исключением количества дефектных элементов в модуле МФПУ-Д. Значение средней разности температур эквивалентной шуму МФПУ-Д составило 25,8 мК и количество дефектных элементов по критерию NETD> 3 × составило 8,07% (по ТЗ – не более 5%). Увеличение количества дефектных элементов опытного образца МФПУ-Д произошло вследствие неточности монтажа МФП (с количеством дефектных элементов 4,57 %, удовлетворяющим требованиям ТЗ) в ВКК и холодной диафрагмы, которая затеняет угловые элементы МФП.