4. Тепловизионныематрицы

НАОСНОВЕТВЕРДЫХРАСТВОРОВCd_1-XHg_XTe

Вспектральномдиапазонедлинволн8…14мкмсовременныемат-рицыфотоприемниковспредельнымразрешениемпрактическипол-ностьюоснованынаиспользованиитвердыхрастворовCd_1–xHg_xTe(КРТ).ВтожевремядлярешенияотдельныхзадачвэтомдиапазонеиспользуютсяструктурысквантовымиямаминаосновеAlGaAsипродолжаютсяисследованиявозможностейпримененияпленокPbSnTe.

КРТпредставляетсобойполупроводникспеременнойшириной

запрещеннойзоны,зависящейотсодержанияртути.УчистогоCdTeшириназапрещеннойзоныблизкакзначению1,5эВ,априсодержа-нииртутивколичестве20ат.%онасоставляет83мэВпритемпературеТ=77К,чтосоответствуетдлинноволновойграницечувствительности14,9мкм.Времяжизнинеравновесныхносителейзарядасоставляетотдолейдо10мкс.Вкачествечувствительныхэлементовиспользуютсякакфоторезисторы,такиp–n-переходы.

Матричныеприемникинаосновеp–n-переходовв КРТуспешнопроизводятсявСША,Францииидругихстранах.Вдальнейшеммыопишемрезультаты,полученныевСОРАН,вИнститутефизикиполу-проводников,гдесуществуетзамкнутыйциклпроизводстватакихмат-риц–отпленокКРТдоматрицФПУ.

ВкачествеметодаизготовленияфоточувствительныхслоевКРТиспользовалсяметодмолекулярно-лучевойэпитаксии(МЛЭ)[8.11].

8.4.Тепловизионныематрицынаосноветверды храстворовCd_1-xHg_xTe ₄₆₁

ДлясогласованиякристалличекихрешетокКРТиарсенидагаллиянаподложкахGaAsсориентацией(013)выращивалсябуферныйслойZnTe-CdТетолщиной3…8мкм.Крометого,фоточувствительныйслойКРТссодержаниемкадмиях=0,2выращиваетсямеждудвумябуфер-нымиваризоннымислоямиКРТсболеевысокимегосодержанием,чтопозволяетсущественноулучшитьхарактеристикикаксамихпленокКРТ,такиp–n-переходов,которыевпоследствииформируютсявэтихслоях.ОригинальныеметодыростаимногокамернаяустановкаМЛЭпозволилиполучитьпленкисконцентрациейэлектроновот110^14до110^15см–3,подвижностью710000см²/(Вс)ивременемжизнивне-сколькомикросекундприТ=77К.Посоставуоднородностьпленкидостигала0,654%дляструктурысдиаметром76,2мм.Этиданныенаходятсянауровнелучшихмировыхдостижений.

Р–n-переходывКРТсоздавалисьимплантациейборавпленки

p-типапроводимостисконцентрациейдырокот110^15до210^16см–3.

ПолныйциклсозданияматрицФПсостоитизследующихопера-

ций[8.12]:

1. фотолитографиянавыращенныхМЛЭслояхКРТиобразованиеоконвфоторезистедляпоследующейимплантациибора;

2. формированиеn–p-переходовпутемимплантацииборавокна;

3. нанесениедвухслойногодиэлектрика–двуокисиинитридакремния;

4. фотолитографиясовскрытиемоконвдиэлектрикедляформиро-ванияконтактакn-области;

5. напылениеиндиятолщиной6…7мкмифотолитографиясфор-мированиеминдиевыхстолбов.

ВрезультатеэтихоперацийобразуетсяматрицаФП,готоваякпри-соединениюкремниевогомультиплексора.Намультиплексоресозда-ютсятакиежеиндиевыестолбы,производитсягрупповаясваркамат-

рицыФПимультиплексораиобразуетсягибридноеФПУ.

Длядостиженияпредельныхпараметровбылразработанспециаль-ныйуниверсальныймультиплексорспроизвольнымдоступомкэле-ментамматрицы.Этотмультиплексоримеетбольшуюоднородностьобратногонапряжениясмещенияфотодиодов,обеспечиваетработувдиапазонетоковотединицпикоампердодесятковнаноампер,чтохарактернодляФП,работающихвспектральномдиапазоне8…12мкм,ипозволяетполучатьвидеоизображениекакотвсейматрицы,такиотееотдельныхфрагментов.Принципиальнаясхемамультиплексораприведенанарис.8.28.

Фм1

Фм3

Вертикальныйрегистр

Y₁

^Т11,1^Т21,1

Ячейкасчитывания

^Т11,128^Т21,128

Т3₁

^Vсм

Фм2

^Y128

^Т1128,1^Т2128,1

lnстолб

^Т1128,128^Т2128,128

^Т3128

Ф_RТ6

Т7 ^VR

^X1 ^X128

^Ф3 Горизонтальныйрегистр

Ф1 ^Ф2

Т4

Нечет/чет

ВыходТ5

Т8

Рис.8.28.ПринципиальнаясхемауниверсальногоКМОПмультиплексораспроизвольнойвыборкойэлементовматрицыФП

Мультиплексорсостоитизматрицыразмерностью128128ячеексчитываниявходногосигнала,вертикальногоигоризонтальногореги-стров,схемыуправлениявременемсчитыванияивыходногоузла.Фо-тотокотфотодиодачерезиндиевыйстолбпопадаетнавходнойтран-зисториинтегрируетсянанакопительнойемкости,величинакоторойсоставляет1пФ.Сканированиематрицыосуществляетсяпострочноспоследовательнымвыборомячейкисчитывания(ЯС)синдексамиотЯС_1,1доЯС_{1,128через}ключиТ1_ijиТ2_ij.СтрочныйключТ3_{ijслужит}длясоединениясвыходнымузлом,которыйсодержитистоковыйповтори-тельнатранзистореТ8.Мультиплексорможетработатьвдвухрежи-мах:снакоплениемфотосигналавпроцессеопросаЯСисодновре-меннымнакоплениемсигналавовсехЯСспоследующимихсчитыванием.

РазработанныевИФПСОРАНтехнологииполученияэпитакси-альныхслоевисозданияфотодиодов,позволилиполучитьматричные

ФПУразличныхтиповспараметрами,приведеннымивтабл.8.3.

ПараметрыматричныхФПУ

Табл и ц а8.3

ТипФПУ	1	2	3	4	5
Длинноволноваягра-ницачувствительно-сти,мкм	10,4	12,9	12,8	10,5	8,9
Размерность	3232	128128	128128	128128	128128
Шагматрицы,мкм	100	50	50	50	50
Размерэлемента,мкм	4040	2525	2525	2525	2525
Длинаволнывмакси-мумеспектральнойчувствительности,мкм	9,0	11,6	11,5	9,9	8,2
Темновойток, нА	9,8	189	120	10,1	2,0
R0A,Омсм2	5,71	0,53	0,99	6,09	149
Максимальноедиффе-ренциальноесопро-тивление,МОм	4,5	1,2	2,1	9,9	35
NEDT,мК	77	32	29	10	17
МЭШ,Вт/Гц0,5	5,410–14	1,110–13	9,510–14	6,410–14	7,210–14
Количество работаю-щихэлементов,%	87,6	85,3	80,4	71,5	82,0

Изтаблицывидно,чтопараметрыфотоприемныхмодулейнабаземультиплексоровспроизвольнымдоступомнаходятсянауровнепа-раметровмодулей,изготовленныхзарубежом.