Введение к работе
Актуальность темы.
Использование ИК излучения для передачи информации - это (іасть науки, развитие которой стимулируется в основном нужда-специальной техники. Такую информации может нести как собст-іное тепловое излучение объекта, так и отраженные от объекта гок излучения, который регистрируется для его опознавания.
Когда распространение излучения идет в атмосфере, предстанет интерес не весь ИК диапазон спектра, а только те его уча-*и, которые приходятся на прозрачные области ("окна") атмос-?ы.
В ряде случаев для решения проблемы передачи изображения с лощыо твердотельных матриц используют регулярные массивы фото-зствительных элементарных детекторов, построенных либо на ос-зе узкозонных собственных материалов, либо на основе легнро-шого кремния. Оставляя в стороне очевидные (с точки зрения зствительности и Раб"очей температуры) преимущества узкозонных гериалов типа А В , А В , А^ , отметим, что на сегодня един-зенным материалом, на основе которого возможно создание БИС с рическим вводом информации, является кремний. Примером тому чут служить приборы с зарядовой связью и с зарядовой пнжетшией ЇС, ПЗИ).
В евяяи с этим представляется актуальным развивать исследо-гоя физических процессов, определяющих фотоэлектрические и половые характеристики фотоприемников на основе легированного змния. Четкое понимание этих процессов позволит выбрать опти-тьные режимы работы таких фотоприемников. Кроме того, значи-1ьный интерес представляет сравнительный анализ фотоприемников основе узкозонных материалов и легированного кремния, работа-IX в одинаковых спектральных диапазонах.
Фотоприемники -на основе кремния, легированного "мелкими" шесями (В, Р,As , В ) обладают чувствительностью в дальней области и требуют глубокого охлаждения (Т< 10 К), что связано «алой энергией ионизации примесных центров. Низкая рабочая *пература обуславливает высокую стоимость и малый рабочий ре-)с криогенной системы. Применение "глубоко"" примеси в кремнии
- г -
в принципе позволяет наблюдать примесную фотопроводимость v- "oi нах" прозрачности атмосферы при сравнительно высоких температурах (до 140 К), следствием чего является резкое снижение массо-габаритных характеристик и энергопотребления при одновременном увеличении рабочего ресурса и надежности.
Таким образом, исследование Логоэлектрических и пороговых характеристик ИК фотоприемников на основе легированного кремнш является весьма актуальной задачей, и результаты могут иметь в жное значение при разработке перспективных Тепловчзионных систе
Целью настоящей работы являлось исследование физических процессов, определяющих, фотоэлектрические и пороговые характеру стики ИК фотоприемников, выбор оптимальных режимов работы этих фотоприемников, а также сравнительный анализ ИК фотоприемников на основе различных материалов.
Достижение поставленной цели осуществлялось путем решения следующих основных задач:
-
Разработка теоретической модели и исследование температурной зависимости чувствительности ИК фотоприемников на основе легированного кремния. Расчет температур максимальной фоточувст витёльности.
-
Анализ физических процессов, определяющих частотную зависимость чувствительности ИК фотоприемников на основе легированного кремния. Выбор оптимального диапазона рабочих частот.
-
Исследование процесса накопления зарядов в элементарной ячейке матричных ЙК фотоприемников на основе легированного креы ния.
-
Анализ процесса считывания сигнальных зарядов в ИК фото приемнике типа ПЗИ.
-
Исследование влияния.глубокого охлаждения на работу ИК фотопрпемников на основе легированного кремния.
-
Исследование спектральных и пороговых характеристик ИК фотоприемников на основе различных материалов.'
Научная новизна.
I. Разработана теоретическая модель температурной зависимо оти чувствительности ИК фотоприемников на основе легированного кремния. Рассчитаны температуры максимальной фоточувствительнос
и* ИК детекторов на основе Si , легированного Ga , In , Tf ,Se Zn . Проведены измерения температурной зависимости чувствитель-гости ИК фотоприемииков на основе Si : In , ТІ , Se , Zn .
-
На основе анализа физических процессов, определяющих гастотные характеристики ИК фотоприемников на основе легирован-юго кремния, выбран оптимальный диапазон рабочих частот.
-
Исследован процесс накопления зарядов в ИК фотоприемнике іа основе легированного кремния с аккумуляцией основных носители заряда.
-
Проведен анализ процесса считывания сигнального заряда в К фотоприемнике типа ПЗИ.
-
Исследовано влияние глубокого охлаждения на работу ИК тотоприемника на основе легированного кремния.
Научные положения, выносимые на защиту.
-
В условиях глубокого охлаждения параметры ИК фотоприем-шка на основе легированного кремния определяются эффектом "вы-юраживания" энергетических уровней атомов мелких примесей (В и '), а также квантовым размерным эффектом, как в аккумулирующих :лоях (при накоплении фотозарядов), так и в инверсных каналах :читывающих ПЗС.
-
Оптимальный диапазон рабочих температур ИК фотоприемни-сов на основе легированного кремния определяется снизу темпера-'урой фонового излучения, сверху - температурой максимальной фо-?очувствительноети. Фоточуветвительность может резко возрастать пру точной компенсации фоновой мелкой примеси.
-
В строчных и двумерных ИК фотоприемниках типа ПЗИ на ос-юве легированного кремния повышение эффективности считывания [ютозарядов и снижение инерционности изображения достигается при шллектировании фотозарядов периферийным электродом взамен тра-іиционной инжєкции зарядов в подложку.
Практическая ценность работы.
Разработана и экспериментально подтверждена теоретическая годель температурной зависимости фоточувствительности ИК фото-триемников на осново легированного кремния. Рассчитаны предель-ше температуры максимальной фоточувствительности.
. 4 -
Исследованы процессы накопления и считывания сигналы-'*,* фотозарядов в перспективных ПК г&отоприешиках на основе ".^имь ванного кремния.
Исследовано влияние глубокого охлаждения на работу ИК Лоті приемников на основе легированного кремния.
Разработана и апробирована оригинальная методика измерена пороговых и накопительных характеристик ИК фотоприэиников на основе различных материалов.
Результаты проведенных исследований позволяют выбрать опт ыальные режимы работы и оптимальные типы ИК фотоприемников' для перспективных тепловизионных систем.
Апробация результатов работы.
Результаты диссертационной работы докладывались 8 обеужда лись на научно-технических конференциях и семинарах во ВНИИ Те левидения и в ЛЭТИ в 1983-92 гг.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано П печатных рабої.
Структура и объем.работа.'
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературыs включающего 61 источник, и приложения. Оснс ная часть работы изложена на 108 страницах машинописного текст Работа содержит 21 рисунок и .4 таблицы.
