eng
Выпуск #2/2014
О.Алымов, И.Васильев, В.Минкин, С.Татаурщиков
Современные фотоприемники для видимого, УФ- и ближнего ИК-диапазонов спектра производства в компании "ЦНИИ "Электрон"
Современные фотоприемники для видимого, УФ- и ближнего ИК-диапазонов спектра производства в компании "ЦНИИ "Электрон"
Просмотры: 7984
Точность обнаружения приближающихся малоразмерных тел на фоне ярко излучающих объектов можно повысить за счет использования фотоприемных устройств, работающих в "солнечно-слепом" участке УФ-спектра излучения. Статья знакомит с фотоприемными изделиями, предназначенными для работы многоспектральных оптико-электронных систем в видимом, ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазоне длин волн.
Теги: photodetectorsm multiband electrooptical systems многоспектральные оптико-электронные системы фотоприемники
Современные фотоприемные устройства (ФПУ), выпускаемые компанией ОАО "ЦНИИ "Электрон", отличаются от производимых раннее моделей более высокими значениями рабочих характеристик – прежде всего это относится к чувствительности, разрешающей способности и уровню шума для спектра, простирающегося от видимого УФ- до ближнего ИК-диапазона. Добиться предельных для современного технологического уровня производства ФПУ значений физических параметров удалось за счет государственной поддержки, осуществляемой в рамках Федеральной целевой программы "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники". Анализ научных исследований и разработок современной фотоэлектроники показал, что в области конструирования ФПУ наметились два очень перспективных, с практической точки зрения, направления. Первое направление – это создание ФПУ, конструкция которых базируется на основе крупноформатных утоненных фоточувствительных приборов с переносом заряда (ФППЗ), освещаемых со стороны подложки. Их квантовая эффективность в максимуме спектрального диапазона превышает 80%. Второе – ФПУ на базе сочлененных устройств ЭОП плюс ФППЗ с возможностью считывания однофотонных сигналов в диапазоне спектральной чувствительности, определяемом материалом фотокатода электронно-оптического преобразователя (ЭОПа).
В 2013 году ОАО "ЦНИИ "Электрон" успешно завершил две опытно-конструкторские работы: "Разработка унифицированного ряда ФПУ на базе крупноформатных ФППЗ для видимого, ультрафиолетового и ближнего инфракрасного диапазонов длин волн для систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)" (рабочее название "Фотик-3") и "Разработка унифицированного ряда модулей перспективных каналов ультрафиолетового диапазона спектра для оптико-электронных систем" (рабочее название "Фотик-4").
ФПУ "Фотик-3"
на базе крупноформатных ФППЗ
Приходится отметить, что из всех современных твердотельных ФПУ фотоприемные устройства на основе крупноформатных утоненных ФППЗ пока являются самыми сложными в изготовлении приборами. Такие ФПУ используются в тех областях науки и техники, где от них требуется высокая точность обнаружения объекта при значительной дальности, при этом в задачу диагностики входит определение параметров объекта. Поэтому в производстве подобных ФПУ необходимо добиться для создаваемых изделий получения предельно исполняемых значений физических параметров, прежде всего чувствительности и разрешающей способности.
В компании была разработана линейка изделий на базе высокочувствительных утоненных ФППЗ, освещаемых с обратной стороны. Мы представляем унифицированный ряд ФПУ (ФПУ-1М с числом элементов ФППЗ 1536×1536 и ФПУ-2М с числом элементов ФППЗ 4096×4096). Работа была проведена в рамках государственного контракта №11411.1000400.11.146
от 02.12. 2011 года.
На этапе постановки задачи рассматривались те области, в которых в будущем изделия должны найти себе применение. Это системы повышенной точности обнаружения малоразмерных объектов, а также системы дистанционного зондирования Земли из космоса. Поэтому спектральный диапазон работы изделий унифицированного ряда ФПУ на базе крупноформатных ФППЗ охватывает оптический спектр от УФ- до ближней ИК-области.
Использование разработанных ФПУ позволяет повысить дальность обнаружения и вероятность распознавания малоразмерных объектов, а также улучшить точность определения их координат. Бесспорно, эти приборы обеспечат создаваемым космическим системам ДЗЗ расширение их функциональных возможностей.
Разработанный унифицированный ряд ФПУ на базе высокочувствительных утоньшенных ФППЗ, освещаемых с обратной стороны, ориентирован на серийное изготовление в ОАО "ЦНИИ "Электрон". Электрические и фотоэлектрические параметры ФПУ-1М и ФПУ-2М при приемке и поставке в нормальных климатических условиях соответствуют нормам, приведенным в табл.1.
ФПУ разработаны в соответствии с РАГС.463260.001(002) ТУ, предназначены для работы в температурном диапазоне от –60 до 60°С, имеют наработку на отказ не менее 50 000 часов, ускоренные испытания показали, что их срок сохраняемости составляет не менее 20 лет. Во время отработки технологического процесса были получены и исследованы опытные образцы ФППЗ, максимум спектральной чувствительности которых приходился на разные области спектра. Местоположение локализации экстремумов чувствительности зависело от технологии просветления и очувствления кремния (рис.1).
ФПУ "Фотик-4"
на базе сочлененных ЭОП и ФППЗ
Задача этой разработки касалась изготовления двух унифицированных гибридных солнечно-слепых фотоприемных модулей. Они предназначались для оптико-электронных многоспектральных и автономных систем, работающих в "солнечно-слепом" участке УФ-спектра излучения. Дело в том, что поскольку фоновое излучение в этой спектральной области практически полностью отсутствует из-за его поглощения озоновым слоем Земли, данный участок спектра представляет большой интерес для создателей оптико-электронных систем. Таким образом, использование ФПУ, работающих в "солнечно-слепом" ультрафиолетовом диапазоне, в составе подобных систем особенно эффективно. С другой стороны, если учитывать назначение прибора – обнаружение малых объектов на больших расстояниях, – такой ФПУ должен быть практически нечувствительным к видимому и ИК-излучению. Но в то же время ФПУ должен обладать способностью регистрации одиночных фотонов.
Эту разработку унифицированного ряда модулей ФПУ на базе фоточувствительного прибора с переносом заряда (ФППЗ) 768×580 (ФПУ-4П) и на базе фоточувствительного прибора с переносом заряда (ФППЗ) 1024×1024 (ФПУ-4А) проводили в рамках государственного контракта №11411.1000400.11.094 от 29.11.2011 года. Разработанные модули предназначены для использования в пассивных (модуль ФПУ-4П) и активно-импульсных (модуль ФПУ-4А) солнечно-слепых каналах перспективных оптико-электронных комплексов, а также в рамках проекта ЕКС. Применение разработанных модулей увеличит также антитеррористическую безопасность полетов самолетов и вертолетов в современных условиях. Основные параметры ФПУ-4П приведены в табл.2, а модуля ФПУ-4А – в табл.3.
ФПУ, разработанные в соответствии с РАГС.463340.001(002) ТУ, предназначены для использования в температурном диапазоне от –40 до 50°С, имеют наработку на отказ не менее 10 000 часов и срок сохраняемости не менее 10 лет. Внешний вид ФПУ-1М, ФПУ-2М и ФПУ-4П представлен на рис.2.
* * *
Таким образом, разработанные и освоенные в производстве ОАО "ЦНИИ "Электрон" фотоприемные устройства находятся на современном техническом уровне и позволяют потребителям данных изделий расширить функциональные возможности своих систем и повысить их точность. ▪
В 2013 году ОАО "ЦНИИ "Электрон" успешно завершил две опытно-конструкторские работы: "Разработка унифицированного ряда ФПУ на базе крупноформатных ФППЗ для видимого, ультрафиолетового и ближнего инфракрасного диапазонов длин волн для систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ)" (рабочее название "Фотик-3") и "Разработка унифицированного ряда модулей перспективных каналов ультрафиолетового диапазона спектра для оптико-электронных систем" (рабочее название "Фотик-4").
ФПУ "Фотик-3"
на базе крупноформатных ФППЗ
Приходится отметить, что из всех современных твердотельных ФПУ фотоприемные устройства на основе крупноформатных утоненных ФППЗ пока являются самыми сложными в изготовлении приборами. Такие ФПУ используются в тех областях науки и техники, где от них требуется высокая точность обнаружения объекта при значительной дальности, при этом в задачу диагностики входит определение параметров объекта. Поэтому в производстве подобных ФПУ необходимо добиться для создаваемых изделий получения предельно исполняемых значений физических параметров, прежде всего чувствительности и разрешающей способности.
В компании была разработана линейка изделий на базе высокочувствительных утоненных ФППЗ, освещаемых с обратной стороны. Мы представляем унифицированный ряд ФПУ (ФПУ-1М с числом элементов ФППЗ 1536×1536 и ФПУ-2М с числом элементов ФППЗ 4096×4096). Работа была проведена в рамках государственного контракта №11411.1000400.11.146
от 02.12. 2011 года.
На этапе постановки задачи рассматривались те области, в которых в будущем изделия должны найти себе применение. Это системы повышенной точности обнаружения малоразмерных объектов, а также системы дистанционного зондирования Земли из космоса. Поэтому спектральный диапазон работы изделий унифицированного ряда ФПУ на базе крупноформатных ФППЗ охватывает оптический спектр от УФ- до ближней ИК-области.
Использование разработанных ФПУ позволяет повысить дальность обнаружения и вероятность распознавания малоразмерных объектов, а также улучшить точность определения их координат. Бесспорно, эти приборы обеспечат создаваемым космическим системам ДЗЗ расширение их функциональных возможностей.
Разработанный унифицированный ряд ФПУ на базе высокочувствительных утоньшенных ФППЗ, освещаемых с обратной стороны, ориентирован на серийное изготовление в ОАО "ЦНИИ "Электрон". Электрические и фотоэлектрические параметры ФПУ-1М и ФПУ-2М при приемке и поставке в нормальных климатических условиях соответствуют нормам, приведенным в табл.1.
ФПУ разработаны в соответствии с РАГС.463260.001(002) ТУ, предназначены для работы в температурном диапазоне от –60 до 60°С, имеют наработку на отказ не менее 50 000 часов, ускоренные испытания показали, что их срок сохраняемости составляет не менее 20 лет. Во время отработки технологического процесса были получены и исследованы опытные образцы ФППЗ, максимум спектральной чувствительности которых приходился на разные области спектра. Местоположение локализации экстремумов чувствительности зависело от технологии просветления и очувствления кремния (рис.1).
ФПУ "Фотик-4"
на базе сочлененных ЭОП и ФППЗ
Задача этой разработки касалась изготовления двух унифицированных гибридных солнечно-слепых фотоприемных модулей. Они предназначались для оптико-электронных многоспектральных и автономных систем, работающих в "солнечно-слепом" участке УФ-спектра излучения. Дело в том, что поскольку фоновое излучение в этой спектральной области практически полностью отсутствует из-за его поглощения озоновым слоем Земли, данный участок спектра представляет большой интерес для создателей оптико-электронных систем. Таким образом, использование ФПУ, работающих в "солнечно-слепом" ультрафиолетовом диапазоне, в составе подобных систем особенно эффективно. С другой стороны, если учитывать назначение прибора – обнаружение малых объектов на больших расстояниях, – такой ФПУ должен быть практически нечувствительным к видимому и ИК-излучению. Но в то же время ФПУ должен обладать способностью регистрации одиночных фотонов.
Эту разработку унифицированного ряда модулей ФПУ на базе фоточувствительного прибора с переносом заряда (ФППЗ) 768×580 (ФПУ-4П) и на базе фоточувствительного прибора с переносом заряда (ФППЗ) 1024×1024 (ФПУ-4А) проводили в рамках государственного контракта №11411.1000400.11.094 от 29.11.2011 года. Разработанные модули предназначены для использования в пассивных (модуль ФПУ-4П) и активно-импульсных (модуль ФПУ-4А) солнечно-слепых каналах перспективных оптико-электронных комплексов, а также в рамках проекта ЕКС. Применение разработанных модулей увеличит также антитеррористическую безопасность полетов самолетов и вертолетов в современных условиях. Основные параметры ФПУ-4П приведены в табл.2, а модуля ФПУ-4А – в табл.3.
ФПУ, разработанные в соответствии с РАГС.463340.001(002) ТУ, предназначены для использования в температурном диапазоне от –40 до 50°С, имеют наработку на отказ не менее 10 000 часов и срок сохраняемости не менее 10 лет. Внешний вид ФПУ-1М, ФПУ-2М и ФПУ-4П представлен на рис.2.
* * *
Таким образом, разработанные и освоенные в производстве ОАО "ЦНИИ "Электрон" фотоприемные устройства находятся на современном техническом уровне и позволяют потребителям данных изделий расширить функциональные возможности своих систем и повысить их точность. ▪
Отзывы читателей
