Содержание к диссертации
Введение
1 Свойства алмазных материалов влияющие на параметры фотодетекторов 19
1.1 Кристаллическая структура 19
1.2 Зонная структура алмаза 20
1.3 Физическая классификация алмазов 22
1.4 Электропроводность природного алмаза 24
1.5 Фотопроводимость алмаза 27
1.6 Некоторые особенности фотопроводимости алмаза iia типа связанные со структурой запрещенной зоны 31
1.7 Спектральные характеристики алмаза легированного бором 39
выводы к главе 1 46
2 Одноэлементные алмазные ультрафиолетовые фотодетекторы 48
2.1 Разработка конструкции одноэлементного алмазного фотодетектора 48
2.1.1 Конструкция алмазных фоторезисторов 49
2.1.2 Конструкция алмазных фотодиодов 50
2.2 Технология изготовления алмазных одноэлементных фотодетекторов 51
2.2.1 Химическая обработка алмазных чувствительных элементов 53
2.2.2 Нанесение металлических слоев на алмазную пластину 54
2.2.3 Технологический процесс изготовления датчиков ультрафиолетового излучения 57
2.3 Технология сборки алмазных одноэлементных фотоприемников уф диапазона 60
2.4 Исследование характеристик алмазных одноэлементных фотодетекторов 64
2.4.1 Измерение темнового тока АОФД 64
2.4.2 Определение относительной спектральной чувствительности АОФД 65
2.4.3 Измерение напряжения фотосигнала, напряжения шума и порога чувствительности АОФД 68
2.4.4 Измерение динамического диапазона АОФД 68
2.4.5 Измерение постоянной времени АОФД 68
2.4.6 Зависимость формы спектральной характеристики АОФД от напряжения смещения. 69
2.5 Применение алмазных одноэлементных фотодетекторов для уф спектроскопии 71
Выводы к главе 2 77
3 Многоэлементные алмазные ультрафиолетовые фотодетекторы 80
3.1 Разработка конструкции матричных фотоприемных систем 80
3.1.1 Архитектура матрицы 80
3.1.1.1 Решетчатая структура (матрица с адресным опросом) 80
3.1.1.2 Конвейерная структура.
3.1.2 Типы пикселов 83
3.1.3 Гибридная матрица с пикселом на основе алмазного фотоприемника и МДП-транзисторов 85
3.1.4 Оценка параметров гибридной матрицы на основе алмазного фотоприемника и МДП-транзистора 91
3.1.5 ПЗИ – матричная система на основе алмаза 93
3.1.6 Решение задачи высоких смещений. 97
3.1.7 Снижение ёмкости столбцовой шины. 98
3.1.8 Физико-технологические проблемы. 98
3.2 Варианты компоновки матричных фотоприемных устройств 99
3.3 Технологические основы изготовления алмазных многоэлементных фотоприемников уф диапазона 102
3.3.1 Технология изготовления алмазных многоэлементных фотоприемников УФ диапазона формата 64х2 102
3.3.1.1 Технологический маршрут изготовления встречно-штыревого варианта линейки 64х2 102
3.3.1.2 Фрагмент фотошаблона «жука» – переходной керамической платы для соединения контактов линейки с контактами мультиплексора 103
3.3.2 Технология изготовления алмазных многоэлементных фотоприемников УФ диапазона формата 64х2 со сквозной проводимостью через объем 104
3.3.2.1 Проектирование и изготовление фотошаблонов. 105
3.3.2.2 Технологические процессы, включающие проведение первой фотолитографии 106
3.3.2.3 Проектирование и конструирование второго фотошаблона линейки 64х2 107
3.3.2.4 Технологически процессы, включающие проведение второй фотолитографии. 108
3.3.2.5 Проектирование и конструирование третьего (№3) фотошаблона линейки 64х2 109
3.3.2.6 Технологические процессы, включающие проведение третьей фотолитографии. 109
3.3.3 Технология сборки алмазных многоэлементных фотоприемников УФ диапазона формата 64х2 110
3.3.3.1 Сборка алмазных линеек с мультиплексором 110
3.3.3.2 Сборка алмазных линеек с объемной
проводимостью с мультиплексором 111
3.3.4 Технология изготовления алмазных многоэлементных фотоприемников УФ диапазона формата 64х64 113
3.3.4.1 Проектирование и конструирование фотошаблонов №1 и №2 матрицы форматом 6464 элемента с шагом 5050 мкм 113
3.3.4.2 Технологический маршрут изготовления матрицы. 114
2.3.4.1 Сборка чувствительного элемента матрицы форматом 64х64 116
3.3.4.1 Проектирование и конструирование фотошаблона №1 матрицы форматом 6464 элемента с шагом 3030 мкм 118
3.3.4.2 Технология изготовления матрицы 64х64 119
3.3.4.3 Сборка матрицы формата 6464 120
3.3.5 Технология изготовления алмазных многоэлементных фотоприемников УФ диапазона формата 128х128 127
3.4 Проведение испытаний амфд и анализ результатов 127
3.4.1 Исследование основных фотоэлектрических параметров АМФД типа линейки. 128
3.4.1.1 Тестовая планарная линейка 64х2 128
3.4.1.2 Планарная линейка 642, состыкованная с мультиплексором 131
3.4.2 Исследование основных фотоэлектрических параметров АМФД типа матрица 132
3.4.2.1 Матрица 6464 с шагом 50 мкм 132
3.4.2.2 Матричное ФПУ 6464 с мультиплексором ISC 9705 INDIGO 136
3.4.2.3 Матричный АМФД 128128 с мультиплексором ISC 9705 INDIGO 138 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3 142
4 Приборы на основе алмазных фотодетекторов 144
4.1 Приборы на основе алмазных материалов 144
4.2 Фотоприёмное устройство уф диапазона спектра на основе алмазного одноэлементного фотодетектора
4.2.1 Изготовление алмазного одноэлементного фотодетектора 148
4.2.2 Изготовление фотоприёмного устройства УФ диапазона спектра 148
4.2.3 Определение основных электрофизических характеристик ФПУ УФ диапазона спектра 150
4.2.4 Оценка уровня УФ сигнала, принимаемого ФПУ УФ диапазона от трассера ракет. 152
4.3 Прибор наблюдения в уф диапазоне спектра на основе матричного алмазного многоэлементного фотодетектора 155
4.3.1 Модуль оптический 155
4.3.2 Блок электронный 155
4.3.3 Бленда 157
4.3.4 Определение основных электрофизических характеристик прибора наблюдения. 158
4.3.5 Построение математической модели прибора наблюдения
4.3.5.1 Построение математической модели оптической системы 163
4.3.5.2 Построение математической модели ФПУ УФ диапазона на основе алмаза формата 128х128 165
4.3.5.3 Програмная реализация математической модели ФПУ УФ диапазона на основе алмаза формата 128х128 167
4.3.5.4 Алгоритм работы программы 169
4.3.5.5 Примеры работы программы 170
4.3.6 Проверка модели на адекватность 173
4.4 Высокоскоростной четырёхканальный детектор ультрафиолетового излучения 175
4.4.1 Состав и структурная схема детектора 175
4.4.2 Результаты экспериментов и обсуждение. 178
4.5 Использование приборов на основе природных алмазов для создания устройств экологического мониторинга 180
Выводы к главе 4 186
Заключение 188
Литература
- Некоторые особенности фотопроводимости алмаза iia типа связанные со структурой запрещенной зоны
- Определение относительной спектральной чувствительности АОФД
- Варианты компоновки матричных фотоприемных устройств
- Определение основных электрофизических характеристик ФПУ УФ диапазона спектра
Некоторые особенности фотопроводимости алмаза iia типа связанные со структурой запрещенной зоны
Основу современной физической классификации алмазов заложили [34], первыми обратившие внимание, что существуют два типа спектров оптического поглощения в ИК-диапазоне и соответственно два типа природных алмазов. В частности, алмазы типа I обнаруживают ИК-поглощение в области длин волн от (1250 - 300 см") (рисунок 1.4).
Алмазы типа II имеют поглощение только в области 2 - 6 мкм. Поглощение в этой области является собственным решеточным поглощением, тогда как поглощение в более длинноволновой области 8 - 33,3 мкм обусловлено присутствием примесного азота. Исходное разделение алмазов на «чистые» и «нечис 23 тые» сохранилось в современной классификации, хотя оно и оказалось весьма условным.
Отечественная и зарубежная классификации заметно различаются. Зарубежная классификация более проста и подразделяет алмазы на четыре типа: Па - малоазотные алмазы. Основные классификационные признаки: отсутствие ИК-поглощения в однофононной области (рисунок 1.4), ярковыражен-ный край фундаментального поглощения в УФ-диапазоне вблизи 225 нм, коэффициент теплопроводности близок к 20 Вт/см К. Алмазы этого типа достаточно редки. Содержание алмазов Па в якутских месторождениях, например, при размере кристаллов не менее 0,1 карата не превышает 1-2%. Спектры ИК-поглощения природных алмазов I и II типа. Сплошная линия – поглощение кристаллической решеткой алмаза, пунктир - поглощение азотными дефектами [35]. IIb – голубые проводниковые алмазы. Содержат еще меньше азота, чем алмазы IIа, порядка 1015 см-3. Полупроводниковые свойства обусловлены при месью бора (акцептор) с содержанием приблизительно до 5 1016 см-3. В отечест венных месторождениях не обнаружены. Iа – наиболее распространенный (до 98%) тип природных алмазов, со держащих до 0,3 ат.% азота. В отечественной классификации тип Iа представ лен более детально, но нами здесь рассматриваться не будет, так, как не обла дает выраженными полупроводниковыми свойствами. Ib – наиболее редко (0,1%) встречающиеся в природе желтые алмазы. Составляют большинство синтетических алмазов. Содержат одиночные атомы азота как примесь замещения (доноры) в количестве до 0,05 ат.%, что приводит к парамагнитным свойствам. Как и у всех цветных алмазов, полоса поглощения, иногда называемого «вторичным», поскольку обусловлено примесями, начинается в видимой области около 500 нм.
Концентрационная граница, определяющая принадлежность алмазов к типу Па весьма неопределенна. Иногда такие алмазы очень неудачно называют «безазотными», «беспримесными», хотя концентрация азота в них не менее 2-Ю17 см"3 [36], т.е. с точки зрения материаловедения полупроводников это кристаллы с большой степенью легирования.
Электропроводность алмаза, как и любого другого полупроводника, определяется спектром энергетических уровней примесей и дефектов в запрещенной зоне. Однако в электропроводности алмаза реально проявляются только два уровня: донор - С-центр, атом азота в узле кристаллической решетки, основной дефект в весьма редких алмазах типа lb. Термическая энергия активации EN = 1,7 эВ, оптическая - 2,0 эВ; акцептор бора в полупроводниковых алмазах типа ПЬ. Энергия активации Еа = 0,37 эВ
Все остальные уровни находятся глубоко в запрещенной зоне и проявляются только при оптическом возбуждении. Алмазы типов la, lb, Па можно отнести к хорошим диэлектрикам. Удельное сопротивление их может достигать Ю16 Омсм.
Исключением могут являться алмазы с признаками пластической деформации или кристаллы типа Па с большой концентрацией дислокаций [25]. В этом случае сопротивление может снижаться до 10 - 100 МОмсм. На рисунке 1.5 показана схема энергетических уровней в запрещенной зоне алмаза. Отмечены максимум валентной зоны, минимумы зоны проводимости 1 и Г15 и уровни примесей и дефектов.
Набор энергетических уровней является обобщенным, поскольку не обязательно, что все они сосуществуют в каждом отдельном кристалле. Обозначения на рис. 1.5 расшифрованы в таблице 1.2. (За исключением Ev и Еа энергия отсчитана от дна зоны проводимости).
Следует отметить, что изображение А-, B1- и В2-дефектов в виде дискретных уровней идеализировано. В реальных кристаллах эти уровни размыты по энергии и образуют некоторый рельеф плотности состояний N(E). В кристаллах типа Ia N(E), возможно, перекрывается с валентной зоной. По исследованиям люминесценции [37] ширина зоны В1-дефектов оценивается примерно в 0,2 эВ. Несмотря на то, что B1- и В2-дефекты являются многочастичными кластерами, их спектры фотовозбуждения имеют четкие максимумы при отмеченных выше энергиях, как если бы это были одноэлектронные глубокие доноры, уровни которых размыты в примесную зону.
Определение относительной спектральной чувствительности АОФД
Фотоприёмники на основе алмаза изготавливались, как правило, из пластинок алмаза толщиной около 200 мкм, относящихся к группе 2а согласно градации алмазов по электрофизическим свойствам (п. 1.3). Их сопротивление лежит в пределах 1010 - Ю16 Омсм. Посторонних примесей в них практически нет, за исключением азота, который легко растворим в алмазе, и является до-норной примесью [25].
Допустимые концентрации азота, как показывает наш опыт работы, не должны превышать 2Ю18 атомов/см3. В противном случае работа приборов становится неустойчивой (см. п. 1.6), резко и непредсказуемо падает сопротивление во время работы [33]. Некоторые приборы через непродолжительное время, после подачи напряжения смещения, пробиваются, и их сопротивление становится равным нулю. Другие, в это же время поляризуются, и их сопротивление возрастает до бесконечности, что приводит к полной потере фоточувствительности [33]. Причём чёткой зависимости этих явлений от количества азотной примеси и типа азотных дефектов установить не удалось. И лишь при превышении количества дефектов 1019 атомов/см3, алмазная пластина полностью теряет фоточувствительность, то есть превращается в алмаз 1а типа. Изучение алмазных материалов легированных азотом, от 2Ю18 атомов/см3 до 1019 атомов/см3 представляет некоторый научный интерес, так как позволяет создавать приборы с маленьким смещением (1-Ю В), но ненадёжность и непредсказуемость работы таких приборов не позволяют пока использовать пластины с концентрацией азота свыше 2Ю18 атомов/см в производстве серийной продукции. 2.1.1 Конструкция алмазных фот орезисторов
Изготовленный фоторезистор представлял собой самостоятельный прибор, на базе металлокерамического DIP-корпуса 201.16-1. Герметичный корпус был закрыт стеклом из кварца КУ-1 [19,53,54].
Изделие представляло собой комплектующий элемент (узел), включающий в себя оптический алмазный элемент с двумя электродами напыленными на рабочую сторону алмазной пластинки (см. рисунок 2.11) и установленный внутри металлокерамического 16-ти выводного корпуса (типа DIP16).
Чувствительный элемент, в виде пластины, с размерами в плане от max 4,5х4,5мм до min 1,5х1,5мм и толщиной 0,3 ± 0,14мм, располагался на монтажной площадке корпуса таким образом, чтобы его активная зона находилась напротив входного окна крышки корпуса.
Активная зона чувствительного элемента фоторезистора, как правило, шириной 500мкм, ограничена двумя контактными площадками, имеющими поверхностный слой алюминиевой пленки толщиной 0,2-0,8 мм.
Контактные площадки внешних выводов корпуса DIP 201.16-1 имеют твердое никелевое покрытие, обеспечивающее получение надежных соединений методами различных видов сварки и пайки.
Изготовленный фотодиод представлял собой комплектующий элемент (узел), включающий в себя оптический алмазный элемент с двухэлектродной системой, напылённой на противолежащие плоскости (см. рисунок 2.3), установленный внутри металлокерамического 16-ти выводного корпуса с оптическим входом и электрическими выводами в герметичном исполнении [53,54].
Алмазный элемент мы соединяли плоскостью электрода из алюминия с контактной площадки корпуса при помощи клея контактола, а контактная площадка соединена при помощи ультразвуковой сварки золотой проволокой с 13-ым выводом корпуса, предназначенным для подачи напряжения смещения на фотодиод.
Фотодиод разработан на базе металлокерамического DIP-корпуса 201.16-1, с оптическим вводом излучения в герметичный объём корпуса.
Чувствительный элемент, в виде пластины, с размерами в плане от max 4,5х4,5мм до min 1,5х1,5мм и толщиной 0,3±0,14мм, располагается на монтажной площадке корпуса таким образом, чтобы его активная зона находилась напротив входного окна крышки корпуса.
Активная зона чувствительного элемента фотодиода, как правило, занимает 75-85% площади пластины и её поверхностный металлизированный слой платиновой пленки толщиной 50 несёт на себе контактную площадку из алюминия толщиной 0,2-0,8 мкм с размером около 100мкм. Контактные площадки внешних выводов корпуса DIP 201.16-1 имеют твердое никелевое покрытие, обеспечивающее получение надежных соединений методами различных видов сварки и пайки.
Варианты компоновки матричных фотоприемных устройств
Матрица содержит две системы шин – условно горизонтальные и вертикальные шины (решетку); на пересечении шин к ним подключаются фоточувствительные пикселы [84,85]. По горизонтальным шинам подаются импульсы опроса, а по вертикальным шинам сигнал передается на выход (выходы). Подобный прибор называется прибором с зарядовой инжекцией (ПЗИ) и является одной из двух основных разновидностей приборов с переносом заряда. К прибору с зарядовой инжекцией мы вернемся ниже. 3.1.1.2 Конвейерная структура.
Пикселы соединяются в линейки (цепочки). В двухмерной структуре выхода всех таких линеек (столбцовых) объединяются специальной строчной линейкой, выводящие по очереди фотосигналы пакетов фотозарядов с фоточувствительных столбцовых линеек на один выход [85]. Как указывалось, первой структурой, в которой реализовался конвейерный принцип, была пожарная цепочка. Собственно говоря, сами термины «конвейер» и «пожарная цепочка» эквивалентны [85].
Основным прибором конвейерной структуры стал прибор с зарядовой связью (ПЗС) – один из двух типов (и основной тип) приборов с переносом заряда. Кремниевые ПЗС революционизировали кинофотопромышленность, привели к созданию систем технического зрения видимого диапазона самого различного назначения, в том числе цифровой видеотехники [85].
Область спектральной чувствительности кремниевых матриц ограничена, естественно, областью собственного поглощения этого материала, и не позволяет использовать его в УФ области спектра.
По конструктивному исполнению фоточувствительной площадки матрицы (связи пикселов с системой опроса и вывода сигналов с них, использованию одного или нескольких кристаллов и полупроводниковых материалов) ИК-матрицы можно разделить на три типа.
Первый тип: фоточувствительная площадка матрицы на одном полупроводнике (обычно InSb, СdHgTe, Si, PbS).
На узкозонном полупроводнике (InSb, СdHgTe) формируются структуры, подобные структурам кремниевых матриц. Возможности использования конвейерного ПЗС – принципа здесь ограничены из-за проблем переноса заряда между пикселами: на границе полупроводника и окисла возникают его потери вследствие прилипания, (в структурах Si-SiO2 удаётся избежать этого эффекта). Поэтому можно привести примеры лишь единичных разработок ПЗС на основе InSb и СdHgTe [85]. Сообщается о подобных матрицах ограниченного формата, обычно одно- и многорядных линейках для ВЗН - режима на спектральный диапазон 3...5 мкм.
Для матриц рассматриваемого типа чаще используется решетчатая структура (в основном для PbS), где пиксел состоит только из одного фоторезистора. Для InSb, СdHgTe -матриц в пикселе использовались один (несколько) переносов заряда, такая матрица является ПЗИ матрицей. В 1980-х годах это направление было представлено достаточно широко [85].
Применение матриц этого типа для алмазных приёмников ещё более проблематично из-за отсутствия у алмаза твёрдого окисла и наличия известных проблем, связанных с внедрением в него легирующих примесей.
ИК-матрицы изготавливались также на кремнии. Кремний «очувствлялся» введением легирующей примеси (обычно бора, диапазон 8-20 мкм), либо созданием барьеров Шоттки. ПЗС-матрицы с барьером Шоттки из силицида платины (Si:Pt) получили самое широкое распространение среди матриц рассматриваемого типа в 1980-х и в начале 1990-х годов [86]. Второй тип: твердотельная ИК-матрица на основе кремния. В кремниевом кристалле формировалась электроника фоточувствительной зоны решетчатой структуры, а затем на этом кристалле в каждом пикселе наращивались фотоприемники из других материалов [87-89]. Как видим, функции здесь разделены: детектирование выполняются в некремниевых фотоприемниках, а в кремнии обеспечивается обработка электрических (не оптических) фотосигналов.
Этот путь для изготовления алмазных приёмников неприемлем вследствие технологической несовместимости кремниевой и алмазной технологий. Технологические процессы по формированию структур на кремнии происходят при температурах не более 600С при атмосферном давлении, а выращивание алмазных плёнок при температурах более 850С. Кроме того, при температурах выше 800С кремний начинает взаимодействовать с углеродом с образованием карбидов. Эти явления приводят к деградации кремниевых структур в микросхемах считывания или их разрушению. Третий тип: сэндвич [90-93].
По схемотехнике структуры второго и третьего типов аналогичны: детектирование происходит в фотоприемниках одного материала, а обработка электрического сигнала (накопление, опрос) – в кремниевом кристалле. Отличия этих типов заключаются, прежде всего, в конструктивном исполнении. В третьем типе используются два кристалла: узкозонный с фотоприемниками и кремниевый с электроникой обработки. При этом решетка с МДП-транзисторами получила явное предпочтение перед ПЗС – схемами [85]. Электрическое соединение кристаллов, (а число соединений должно быть равно числу пикселов: каждый фотодиод соединяется с электроникой своего пиксела) осуществляется, как правило, с помощью индиевых столбов. Эти столбы специально выращиваются на каждом (либо одном) кристалле.
Собственно фоточувствительная площадка матрицы с электроникой предобработки и опроса является центральным, но не единственным блоком современных матричных структур. На том же кремниевом кристалле, где сформирована фоточувствительная зона, формируются дополнительные электронные блоки, которые превращают фоточувствительную матрицу в законченное фотоприёмное устройство, на выходе которого может быть сформирован как телевизионный сигнал, так и цифровой код.
Определение основных электрофизических характеристик ФПУ УФ диапазона спектра
Рассчитанное по этой гистограмме среднее значение кратности фотоответа равно 21,04. Геометрический шум, рассчитанный как стандартное отклонение от среднего значения равен 21,8%.
Такая неравномерность фоточувствительности обусловлена внутренними локальными микронеоднородностями природного кристалла алмаза, в которых, по-видимому, присутствуют центры рекомбинации, резко ограничивающие время жизни неравновесных электронов и дырок. На данном этапе работы выявлять локально такие центры, влияющие на фотоэлектрические свойства природных образцов алмаза, не представляется возможным.
Оптимальный путь повышения однородности параметров матричных фотоприемников на алмазе – изготовление их на эпитаксиальных пленочных структурах, в которых возможно управление примесно-дефектным составом, влияющим на электрофизические параметры материала и, следовательно, – на однородность фотоэлектрических параметров матричных фотоприемников.
В действительности, кристалл алмаза обладает сложной структурой, в которой могут быть как локальные области с очень высоким сопротивлением, так и могут быть участки, по которым в основном течет ток. Поэтому измеряемое удельное сопротивление образца в целом при изготовлении контактов по всей площади образца есть некоторая усредненная величина, которая не будет эквивалентна величине, если измерять удельное сопротивление кристалла на локальных участках. Об этом свидетельствует и большой разброс темнового тока по элементам, которые в основном расположены по краям кристалла.
Внешний вид матрицы, состыкованной с мультиплексором, изображен на рисунке 3.31. Целью измерений было получение изображения с данного АМФД. Следует отметить, что эта работа в России выполнена впервые.
Изображения получены с вычитанием темновой составляющей при разных количествах кадров усреднения- 10, 20 и 50. Напряжение смещения на матрице изменялось до 70 В. Время накопления-100 мс. Уровень выходного сигнала соответствовал 2-3 мВ. Следует отметить, что данный мультиплексор ISC 9705 INDIGO управляется отрицательными импульсами, тогда как для большей чувствительности необходим мультиплексор с положительными импульсами.
На рисунке 3.45 показана спектральная характеристика фотоответа матрицы 6464, снятая с тестового элемента.
Далее, чувствительный элемент помещался на стенд и подключался с помощью зондов к измерительной аппаратуре. Нами были измерены спектральные и вольтамперные характеристики отдельных пикселей.
На данном этапе изготовления матричного фотоприёмника, измерения фотоэлектрических характеристик алмазного элемента рассматривалось как входной контроль, для процесса его сборки.
Сначала были выборочно сняты вольтамперные характеристики с пятидесяти пикселей из разных областей матрицы. Измерения проводились для определения работоспособности алмазного чувствительного элемента и оптимального напряжения смещения.
Типичные вольтамперные характеристики на примере трёх произвольных пикселей представлены на рисунке 3.47.
Измерения показали, что оптимальное смещение для данного элемента находиться в диапазоне от 40 до 100 В. В этом диапазоне при достаточно низком темновом токе, наблюдается достаточно высокая чувствительность и минимальный разброс фотоэлектрических параметров у разных пикселей. Кроме того, при низких напряжениях смещения уменьшается вероятность электрического пробоя между контактами, через которые подаётся смещение и контактами, осуществляющими вывод полезного сигнала.
Рис. 3.47 – Типичные вольтамперные характеристики на примере трёх произвольных пикселей. 1 – темновые вольтамперные характеристики; 2 – световые вольтамперные характеристики. Для определённости было выбрано напряжение смещения 40 В. Типичная спектральная характеристика пиксела алмазного элемента при этом смещении приведена на рисунке 3.48.
Как видно из рисунка 3.48, максимум фоточувствительности соответствует 214 нм. Измеренный рабочий диапазон АМФД (на уровне 0,1 от максимальной чувствительности) составляет от 180 нм до 270 нм. В сторону более коротких длин волн, чувствительность алмаза [14] распространяется до 10 нм и захватывает область мягкого рентгена. С этой стороны фоточувствительность будет ограничена пропусканием защитного стекла КУ-1, которое обрезает излучение с длинной волны короче 150 нм. Аппаратные возможности не позволили нам определить фоточувствительность данного алмазного элемента на длинах волн короче 180 нм. Матричный фотоприёмник собирался по технологии, описанной в разделе 3.5.6 Целью измерений было получение изображения с данного матричного фотоприёмника. Следует отметить, что эта работа в России выполнена впервые. Изображения получены с вычитанием темновой составляющей при разных количествах кадров усреднения- 10, 20 и 50. Напряжение смещения на матрице изменялось до 70 В. Время накопления – 100 мс. Уровень выходного сигнала соответствовал 2 – 3 мВ. Следует отметить, что данный мультиплексор ISC 9705 INDIGO управляется отрицательными импульсами, тогда как для большей чувствительности необходим мультиплексор с положительными импульсами.
На рисунке 3.49 представлено изображение УФ источника на основе лампы ДДС-30, полученные с помощью алмазного матричного фотоприёмника Изображение круглого УФ источника, полученное с помощью матричного фотоприёмника 128128 на основе алмаза, 1 - тень от экрана, 2 - изображение источника На этом рисунке хорошо видна тень от непрозрачного экрана. Для определения неравномерности чувствительности по площади матричного фотоприёмника (геометрического шума) был проведён эксперимент по следующей методике.