Статьи

Рассмотрены основные области применения оптико-электронных систем коротковолнового, средневолнового и длинноволнового инфракрасных диапазонов на основе матричных фотоприемных устройств. Приведена обобщенная схема работы оптико-электронной системы, обобщенный анализ инфракрасных спектральных диа-пазонов с указанием решаемых задач, текущий технический уровень матричных фотоприемных устройств и требования к ним для решения различных задач.

Представлены результаты исследований процессов гибридизации кристаллов БИС считывания и МФЧЭ матричных фотоприемных устройств ИК-диапазона, которые проводились на установках с автоколлиматором и без автоколлиматора методом перевернутого кристалла и определена необходимость использования автоколлиматора для различных фотоприемников. На основе проведенных исследований оптимизированы процессы гибридизации. Установлено, что на установке с автоколлиматором надежнее и рациональнее гибридизировать крупноформатные МФЧЭ и БИС счи-тывания формата более 640512, а на установке без автоколлиматора – малогабаритные матричные фотоприемники и многорядные фотоприемные устройства.

Фотосенсорика на основе коллоидных квантовых точек (ККТ) является одним из наиболее динамично развивающихся направлений фотоэлектроники инфракрасного диапазона. Использование коллоидных квантовых точек существенно упрощает изготовление, снижает ограничения на шаг фоточувствительных элементов матриц и удешевляет технологию производства, что способствует широкому внедрению таких ИК-матриц в различные технические системы. Впервые представлен полный обзор архитектур, методов получения и основных свойств фотонных сенсоров на основе коллоидных квантовых точек соединений элементов II, IV и VI групп Периодической таблицы Д.И.Менделеева. Подробно рассмотрены особенности синтеза, роль лигандов и морфологии ККТ при создании фотосенсоров. Рассмотрены структурные схемы фоторезистивных, фотодиодных и фототранзисторных элементов на основе ККТ из HgTe, HgSe, PbS, PbSe, обладающих фоточувствительностью в различных спектральных диапазонах. Приведены основные параметры лучших образцов оптоэлектронных приборов на основе структур из ККТ. Проанализированы ключевые тенденции развития данного направления.
Библиография — 361 ссылка.

Разработана инженерная методика пересчета пороговой чувствительности современных высокочувствительных несканирующих тепловизионных приборов (ТВП), определяемой разностью температур, эквивалентной шуму, с нормированной температуры фона 295 К на его фактическую температуру. Методика учитывает фотонный шум, вызванный излучением фона и самого ТВП, шум темнового тока и пространственный шум, возникающий из-за остаточного, после коррекции, разброса чувствительности элементов матричного фотоприемного устройства. Исследована зависимость пороговой чувствительности ТВП от температуры фона и параметров фотоприемного устройства. Полученные результаты представлены в форме, удобной для практического использования. Сделан вывод о сохранении высокой пороговой чувствительности современных ТВП и при низких температурах фона.

Исследуются параметры фотоприемных устройств на основе фоточувствительных барьерных структур и фотодиодов с поглощающими слоями из тройных растворов InAs1-xSbx и In1-xGaxSb средневолнового инфракрасного диапазона спектра. Проведены расчеты температурных зависимостей времени жизни и темнового тока в слоях InAs1-xSbx и In1-xGaxSb. Определено отношение сигнал/шум в рабочем температурном диапазоне. Моделирование параметров показало, что для ФПУ на основе InAs0,8Sb0,2 с граничной длиной волны l0,5 ~ 4,8 мкм обнаружительная способность при Т = 100 К составит D* » 1012 см×Вт-1×Гц1/2; для фотодиодов на основе In0,7Ga0,3Sb с граничной длиной волны l0,5 ~ 5,2 мкм обнаружительная способность при Т = 100 К составит D* » 1011 см×Вт-1×Гц1/2, что соответствует высокотемпературным применениям.

Разработан новый способ деселекции, относящийся к средствам обнаружения дефектов в фотомодулях инфракрасного диапазона (ИК ФМ) с режимом временной
задержки и накопления (ВЗН). Разработанный способ применяется для обнаружения и деселекции дефектных фоточувствительных элементов (ФЧЭ), наиболее
уменьшающих отношение сигнал/шум (ОСШ) в каналах ИК ФМ. Такой способ увеличивает ОСШ каналов ИК ФМ, что повышает способность ИК ФМ обнаруживать маломощные оптические сигналы инфракрасного диапазона. Данный результат обеспечивается тем, что обнаружение дефектных ФЧЭ достигается обработкой сигналов и шумов всех ФЧЭ с использованием критерия детектирования ФЧЭ, наиболее уменьшающих ОСШ каналов ИК ФМ. Данный способ является общим правилом детектирования дефектных ФЧЭ, так как критерий анализирует влияние всех ФЧЭ на ОСШ каналов ИК ФМ, в том числе и наиболее шумящих эле-
ментов.

Представлен обзор докладов, представленных на Форуме «Микроэлектроника – 2023» в секции «Технологии оптоэлектроники и фотоники», подсекции «12.1 Опто- и
фотоэлектроника», посвященных вопросам развития исследований в области оптоэлектроники и фотоники: полупроводниковой фотосенсорике и материалам
фотосенсорики, микрокриогенной технике, технике тепловидения и ночного видения.

Исследовано влияния топологических параметров фотоприемного устройства (ФПУ) второго поколения на погрешность измерения частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) объектива при измерении качества изображения объектива. Проведены теоретические исследования путем математического моделирования для пятен рас-сеяния дифракционного качества и матричных ФПУ с различными коэффициентами фотоэлектрической связи (ФЭС) при различных функциях распределения чувствительности фоточувствительного элемента (ФЧЭ).

В последние несколько лет активно развивается технология гибридно-монолитных матриц на основе коллоидных квантовых точек, которая позволит существенно снизить стоимость фотоприемных устройств. В работе проведен обзор передовых достижений в области создания матричных фотоприемников на основе коллоидных квантовых точек и 2D-материалов, приведены параметры серийно выпускаемых матричных фотоприемников и прототипов

Представлены этапы совершенствования структурированных материалов на ос-нове органико-неорганических перовскитов (PVSKs) от первых простых композиций до сложных, смешанных с коллоидными квантовыми точками (ККТ) QDiP-структур (quantum-dot-in-perovskite). Исследованы фазовые состояния, композици-онный состав, особенности синтеза и варианты архитектур, предназначенных для различных оптоэлектронных применений. В целях расширения спектрального диа-пазона фоточувствительности за границы видимого (Vis) диапазона в инфракрас-ный (ИК, IR) введены разнообразные композиции перовскитных материалов, в том числе структура с промежуточной зоной (intermediate band, IB) в энергетической диаграмме, расположенной между валентной зоной (VB) и зоной проводимости (CB). Данная промежуточная зона позволяет поглощать излучение в более длинно-волновой области, достигая эффективности преобразования излучения  50 % по сравнению с приборами на основе планарного р–n-перехода с максимальной эффек-тивностью  25 %.