Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапозонах - Формозов Б.Н.
Скачать (прямая ссылка):
45 изучение. Объемный канал уже не является обедненным неосновными иосителями, так что ввод "жирного нуля" не требуется.
Соответственно, ?ш ПЗС с поверхностным каналом переноса зарядов, как минимум, на -v/1000 e больше ? ПЗС с объемным каналом.
Все ПЗС-матрицы имеют трехфазное управление. Система поликремниевых шин, создающих потенциальные ямы для накопления зарядов и организующие их перенос, закрывают всю поверхность фоточувствительного кремния. Поликремний имеет низкое пропускание в синей области спектра 0,45-0,40 мкм.
Изобретены ПЗС с виртуальной фазой, где вместо третьего поликремниевого электрода используется ионно-легированный слой, создающий постоянную яму. Этот участок кремния открыт для света, поэтому чувствительность ПЗС-матриц с виртуальной фазой в синей области спектра значительно выше, V ? 15-20 % на ? = 0,40 мкм, а область спектральной чувствительности простирается до 0,2 мкм.
Проблема создания ИК—ПЗС. ИК-приемники на основе ПЗС с диодами на барьерах Шоттки
Приведем типичную техническую характеристику малокадрового ФПЗС (Т ? 80,0 К):
- напряжение насыщения - 0,5В;
- напряжение темнового сигнала, приведенное к напряжению насыщения - 1 % ;
- неравномерность чувствительности - 5 %;
- динамический диапазон - 1000-1500 %;
- пороговая энергетическая освещенность - 3Q0-10 Вт/см2
- глубина модуляции при передаче 200 ТВ линий - 60 %;
- среднеквадратичное значение ? (поверхностный канал) -100 e/выборку;
- ( объемный канал) - 20-30 е-;
- емкость ямы - 2Q06 е-;
- квантовая эффективность в спектральном интервале ?? = 0,40,8 мкм - 15-20 %;
- на ? = 0,56 мкм - до 50 %.
Попытки создать качественные ИК-ПЗС на основе примесной проводимости Si еще никому не удались. Поэтому в последнее время все чаще применяют гибридные приборы на основе БИС ПЗС, используе-
46 мой в качестве мультиплексора, на который посажена фотодиодная матрица на основе барьеров Шоттки из PtSi - Si ПГр ? 80 К, так как барьер очень низкий и зависимость темнового тока от Т: Uo ~ (Т2), и даже еще сильнее.
Силицид платины выполняет роль металла и образуется в результате термодиффузии после напыления в вакууме Pt на открытые участки по Si ячеек ПЗС.
Спектральная чувствительность ИК-ПЗС на диодах с барьерами Шоттки на основе силицида платины простирается от 1,06 мкм (если облучение приемника вести через кремниевую подложку) до 5,5 мкм при квантовой эффективности в максимуме спектральной чувствительности V ? 1 %/2-3 мкм.
Ранее приводились типичные значения пороговых потоков на 2,7 мкм и фоновой облученности при наблюдении цели на фоне дневной Земли: Рпор = 5Q0-13 Вт/элемент; Еф = (1-2)ЕД0-6 Вт/см2. При этом 8 = 3-6. При V = 1,0 % и емкости потенциальной ямы ячейки ПЗС = 2Q06 е- фон полностью заполняет яму, т. е. сигнал нарастает до инас за ґн Ес ? 0,1 с. При этом полезный сигнал может оказаться меньше Пш. Для обнаружения сигнала с 8 ? 3-6 необходимо накопление не на ячейке, а во внешнем ЗУ, имеющем емкость до 25-30 кадров. Если это делать в реальном времени, то будем иметь дело с широкополосными усилителями, т. е. они должны быть сверхмалошумящими. На диодах с барьерами Шоттки на основе силицида иридия V ? 1 % в диапазоне 8-12 мкм, но Тр ? 30-40 К. Реально для обеспечения помехозащищенности линии космической связи (узкополосность) необходимо использовать бортовой вычислитель на КА.
47 7. ЛАБОРАТОРНАЯ ТЕХНИКА НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ РАБОТЫ С ОХЛАЖДАЕМЫМИ ПИ
Предположим, что заготовлены экспериментальные образцы (или куплены) различных ПИ (ТТФЭП, ПЗС или ПЗС с диодами на барьерах Шоттки).
Если необходимо включить ПЗС в стандартном телевизионном режиме (25-50 кадров/с), то нужен лишь диапроектор с лампой, аттестованной как источник типа А (2856 °С), блок питания ПЗС и ВКУ, а также набор телевизионных осциллографов: с блоком выделения строки, с запоминающей трубкой. Лучше всего эту аппаратуру объединить с персональным компьютером, составив программу измерений параметров ПЗС.
Совсем иное дело - ПИ с криогенным охлаждением. Придется спроектировать и изготовить лабораторно-исследовательские криостаты, в которых можно было бы криостатировать ПЗС малокадрового режима в пределах 220-80 К до ?? = 3-5 мкм, фоторезисторные линейки или матрицы - на уровне 170-77,4 К, если они на PbS, PbSe или Hg-Cd-Fe, работающих до 5,0 мкм, используя жидкий азот. Если же работаем с ПИ на тройных соединениях в диапазоне Т = 80-40 К, то необходимо либо проектировать гелиевый терморегулируемый криостат, либо использовать газовые криогенные машины (двухкаскадные), работающие по циклу Стирлинга.
Криостатом называется устройство, в котором обеспечивается тер-мостатирование на том или ином уровне криогенных температур за счет различных фазовых превращений в твердых телах, жидкостях или газах.
При наличии достаточного количества сжиженных газов задачу кри-остатирования любого ПИ можно решить во всем требуемом температурном интервале, используя набор из двух криогенных жидкостей:
- от 100 до (60-65) К - с помощью только жидкого азота (Тн к = 77,35 К);
