Лаборатория физико-технологических основ создания приборов на основе соединений А₂В₆

РАЗРАБОТКИ

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

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·Гц^1/2·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 λ_1/2 = (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.