Измерительные преобразователи систем оптической диагностики с многофункциональными одноэлементными фотоприемниками

Современные измерительные преобразователи систем оптической диагностики должны автоматически оценивать параметры оптического сигнала и переключаться между различными диапазонами энергетической и спектральной характеристиками чувствительности. Это требует применения нескольких фотоприемников, сложных оптических схем и сложных алгоритмов обработки измерительных сигналов. Целью работы являлся анализ применимости многофункциональных одноэлементных фотоэлектрических преобразователей на базе полупроводников с низкой концентрацией глубокой примеси, формирующей в запрещенной зоне несколько энергетических уровней для разных зарядовых состояний, в измерительных преобразователях систем оптической диагностики.

Относительная сложность физических процессов при перезарядке нескольких энергетических уровней многозарядной глубокой примеси позволяет реализовать многофункциональность фотоэлектрического преобразователя при простой конструкции чувствительного элемента.

Показано, что фотоэлектрические одноэлементные преобразователи характеризуются расширенными функциональными характеристиками и увеличенными диапазонами энергетической (на несколько десятков децибел) и спектральной характеристик чувствительности (со сдвигом на 2–4 мкм в диапазоне спектральной чувствительности 1–10 мкм) с возможностью переключения между поддиапазонами энергетической и спектральной характеристик чувствительности под действием как измерительного сигнала, так и дополнительных управляющих воздействий. В качестве основного материала резистивной или барьерной структуры фотоприемника могут использоваться германий, кремний, полупроводниковые соединения типа А3В5 и другие материалы, в том числе совместимые с «не кремниевыми» технологиями и структурами на сапфировых подложках.

1. Балин, А. Оптическая диагностика атмосферы / А. Балин // Фотоника. – 2009. – № 5. – C. 30−33.

2. Гуляев, П.Ю. Оптическая диагностика процессов горения и взрыва в порошковой металлургии / П.Ю. Гуляев [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://elib/books/Files/va1998_1/pages/08_p.htm. – Дата доступа: 26.02.2015.

3. Лысенко, С.А. Методы оптической диагностики биологических объектов / С.А. Лысенко. – Минск : БГУ, 2014. – 231 с.

4. Филачёв, А.М. Фотоприемники в оптико-электронных приборах и системах / А.М. Филачёв, И.И. Таубкин, М.А. Тришенков. – М. : Физматкнига, 2016. – 104 с.

5. Формозов, Б.Н. Аэрокосмические фотоприемные устройства в видимом и инфракрасном диапазонах / Б.Н. Формозов. – СПб. : СПбГУАП, 2002. – 120 с.

6. Гусев, О.К. Методология и средства измерений параметров объектов с неопределенными состояниями / О.К. Гусев [и др.]; под общ ред. О.К. Гусева. – Минск : БНТУ, 2010. – 582 с.

7. Масол, И.В. Информационные нанотехнологии. / И.В. Масол, В.И. Осинский, О.Т. Сергеев. – Киев : Изд-во Макрос, 2011. – 560 с.

8. Гусев, О.К. Проектирование и управление метрологическими характеристиками фотоэлектрических преобразователей на основе полупроводников с многозарядными примесями / О.К. Гусев, А.И. Свистун, Л.И. Шадурская, Н.В. Яржембицкая // Датчики и системы. – 2011. – № 1. – С. 19–23.

9. Глинчук, К.Д. Рекомбинационные характеристики германия и кремния, используемых в полупроводниковом приборостроении / К.Д. Глинчук, H.M. Литовченко, Е.Г. Миселюк // Полупроводниковая техника и микроэлектроника. − 1978. – № 21. − С. 3−22.

10. Яшин, А.Н. Применимость упрощенной модели Шокли-Рида-Холла для полупроводников с различными типами дефектов / А.Н. Яшин // Физика и техника полупроводников. – 2005. – Т. 39, № 11. – С. 131−133.

11. Vorobey, R.I. Photoelectric semiconductor converters with a large dynamic range / R.I. Vorobey [et al.] // Przeglad electrotechniczny. – 2014. – Nо. 5.– P. 5–78. doi: 10.12915/pe.2014.05.16

12. Khudaverdyan, S.Kh. Photo-detecting characteristics of double barrier structures // ELSEVIER, Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A. – 2003. – Vol. 504/1–3. – Р. 350–353. doi: 10.1016/S0168-9002(03)00768-X

13. Соколов, С.В. Оптический компаратор. Пат. РФ № 2020551 Кл. G06E3. – 1994.

14. Козлов, Ю.Ф. Структуры кремния на сапфире: технология, свойства, методы контроля, применение / Ю.Ф Козлов, В.В. Зотов. – М. : МИЭТ, 2004. – 380 с.

15. Andreou, A.G. Silicon on sapphire CMOS for optoelectronic microsystems / A.G. Andreou [et al.] // Circuits and Systems. – 2001. – Vol. 1. – P. 22–30. doi: 10.1109/7384.963464

16. Витязь, П.А. Наноматериаловедение. / П.А. Витязь, Н.А. Свидунович, Д.В. Куис. – Минск : Вышэйшая школа, 2015. – 511 с.

17. Wado Н Epitaxial growth of SiGe on АІ2О3 using Si2H6 gas and Ge solid source moleeular beam epitaxy / H. Wado, К. Ohtani, M. Ishida // J.Ciystl.Growth. - 1996. - V. 169.-P.457-462, doi: 10.1016/80022-0248(97)80004-8