Способ регистрации излучения фотоприемной матрицей

Авторы патента:

Климов Александр Эдуардович (RU)

Шумский Владимир Николаевич (RU)

H01L31/09 - приборы, чувствительные к инфракрасному, видимому или ультрафиолетовому излучению (H01L 31/101 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2399990:

Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) (RU)

Способ заключается в том, что регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение. Фотоприемная матрица охлаждена до криогенных температур. Экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице и обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания, в частности, до максимального значения отношения полезный сигнал/шум, что соответствует температуре от 40 до 120 К. Изобретение обеспечивает повышение качества получаемого изображения в видеосистемах и возможность регистрации излучения спектрального диапазона, иного, чем диапазон чувствительности фотоприемной матрицы. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к излучению, и может быть использовано для разработки фотоприемников, в частности, предназначенных для регистрации инфракрасного излучения.

В техническом решении «Apparatus and Methods of Closed Loop Calibration of Infrared Focal Plane Arrays» (патент US №5693940 на изобретение, МПК: 6 Gl2B 13/00) используют способ регистрации излучения фотоприемной матрицей, заключающийся в том, что регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию, при этом фотоприемную матрицу устанавливают в вакуумируемой камере криостата напротив входного окна и фильтра и регистрируют проходящее через входное окно и фильтр излучение фотоприемной матрицей.

К недостаткам описанного способа регистрации излучения относится недостаточно высокое качество получаемого изображения в видеосистемах, отсутствие возможности регистрации излучения спектрального диапазона, иного, чем диапазон чувствительности фотоприемной матрицы. Указанные недостатки обусловлены следующим.

Известно, что получаемое с фотоприемной матрицы изображение бывает сильно искаженным из-за разброса характеристик фоточувствительных элементов (пикселей), а именно выводимое изображение на экран испорчено появлением точек и полос. Как правило, для обеспечения требуемой величины контраста при детектировании прибегают к использованию тех или иных алгоритмов обработки сигнала, вырабатываемого фоточувствительными элементами матрицы. Алгоритмы направлены на компенсацию неоднородности фотоприемной матрицы, выравнивание ее чувствительности и шумоподавление, что, в конечном счете, улучшает качество получаемого изображения. Применение в каждом конкретном случае того или иного алгоритма определяется условиями эксплуатации видеосистемы, предъявляемыми требованиями к ее рабочим характеристикам. К настоящему времени не существует универсальных алгоритмов, и шумоподавление направлено на подавление какого-то конкретного вида шума. Однако, даже при таком положении дел, работа алгоритма над подавлением одного вида шума может сама являться источником возникновения другого вида шума и артефактов, что отражается на качестве получаемого изображения. Следовательно, необходимы дополнительные меры, направленные на улучшение качества изображения, не связанные с обработкой вырабатываемых фотоприемной матрицей сигналов. Такие меры в приведенном техническом решении отсутствуют, для улучшения качества изображения используется один из наиболее простых алгоритмов с обратной связью, что и не обеспечивает более высокого качества изображения.

В рассмотренном техническом решении возможна регистрация излучения фотоприемной матрицей только того диапазона, в котором она обладает чувствительностью, и принципиально невозможна регистрация излучения иного спектрального диапазона. Необходимы дополнительные меры, направленные на приведение подлежащего регистрации излучения иного спектрального диапазона к диапазону чувствительности фотоприемной матрицы. Этих мер не предусмотрено.

В качестве ближайшего аналога выбран описанный в техническом решении «Staring IR-FRA with Dither-Locked Frame Circuit» (патент US №5717208 на изобретение, МПК: 6 G01J 5/24) способ регистрации излучения фотоприемной матрицей, заключающийся в том, что регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию, при этом предварительно регистрируемое излучение фокусируют линзой на зеркало, осуществляющее микросканирование, от зеркала излучение направляют на фотоприемную матрицу для его регистрации.

Известно, что получаемое с фотоприемной матрицы изображение бывает сильно искаженным из-за разброса характеристик фоточувствительных элементов (пикселей), а именно выводимое изображение на экран испорчено появлением точек и полос. Как правило, для обеспечения требуемой величины контраста при детектировании прибегают к использованию тех или иных алгоритмов обработки сигнала, вырабатываемого фоточувствительными элементами матрицы. Алгоритмы направлены на компенсацию неоднородности фотоприемной матрицы, выравнивание ее чувствительности и шумоподавление, что, в конечном счете, улучшает качество получаемого изображения. Применение в каждом конкретном случае того или иного алгоритма определяется условиями эксплуатации видеосистемы, предъявляемыми требованиями к ее рабочим характеристикам. К настоящему времени не существует универсальных алгоритмов, и шумоподавление направлено на подавление какого-то конкретного вида шума. Однако, даже при таком положении дел, работа алгоритма над подавлением одного вида шума может сама являться источником возникновения другого вида шума и артефактов, что отражается на качестве получаемого изображения. Следовательно, необходимы дополнительные меры, направленные на улучшение качества изображения, не связанные с обработкой вырабатываемых фотоприемной матрицей сигналов. Такие меры в приведенном техническом решении отсутствуют, что и не обеспечивает более высокого качества изображения. Для улучшения качества изображения в рассматриваемом случае используется алгоритм компенсации по сигналам сцены с микросканированием, для чего предварительно регистрируемое излучение и фокусируют линзой на зеркало, осуществляющее микросканирование, то есть обход пикселей по заданной программе для определения средневзвешенного значения, на основании которого определяются корректирующие поправки. Алгоритм применим при условии наличия статической сцены.

Техническим результатом изобретения является:

- повышение качества получаемого изображения в видеосистемах;

- достижение возможности регистрации излучения спектрального диапазона, иного, чем диапазон чувствительности фотоприемной матрицы.

Технический результат достигается в способе регистрации излучения фотоприемной матрицей, заключающемся в том, что регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию, причем последнюю осуществляют через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение, при этом экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице и обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания.

В способе фотоприемная матрица охлаждена до криогенных температур.

В способе экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания до максимального значения отношения полезный сигнал/шум.

В способе экран подогревают до температуры от 40 до 120 К, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами. На Фиг.1 представлена схема для осуществления способа регистрации излучения фотоприемной матрицей, где 1 - плоскость объекта наблюдения; 2 - объектив; 3 - вакуумируемая камера; 4 - входное окно-фильтр; 5 - экран; 6 - фотоприемная матрица. На Фиг.2 представлены в качественном виде зависимости фоточувствительности и потоков квантов излучения от промежуточного экрана при разных его средних температурах, иллюстрирующие соотношение между областью чувствительности фотоприемной матрицы и потоком квантов излучения. На Фиг.3 показаны качественные зависимости полезного сигнала и сигнала шума от температуры экрана и зависимость отношения сигнал/шум от температуры экрана. На Фиг.4 приведена качественная зависимость минимальной обнаруживаемой разности температур экрана от его средней температуры. На Фиг.5 показана схематично конструкция экрана, через который регистрируют излучение фотоприемной матрицей, где 7 - пиксель фотоприемной матрицы; 8 - кремниевая подложка; 9 - пиксель экрана; 10 - контакты к пикселю экрана; 11 - электрическая разводка; 12 - излучение от объекта наблюдения; 13 - ИК излучение экрана.

Рассмотрим существующие предпосылки к достижению указанного технического результата.

Излучение объекта наблюдения с помощью объектива 2 после прохождения охлажденного до температуры вакуумируемой камеры 3 входного окна-фильтра 4, проходя через тонкопленочный экран 5, формирует в его плоскости термограмму или тепловое изображение объекта наблюдения (см. Фиг.1), независимо от спектрального диапазона излучения объекта, подлежащего регистрации. Тепловое изображение объекта, обеспечивающее излучение в ИК диапазоне спектра, регистрируется фотоприемной матрицей 6. Экран 5 располагают так же, как и фотоприемную матрицу 6 в охлаждаемой вакуумируемой камере 3. Входное окно-фильтр 4 характеризуется спектральной характеристикой пропускания, выбираемой в зависимости от диапазона длин волн, подлежащих регистрации.

Эффективность регистрации излучения фотоприемной матрицей и, как следствие, достижение определенного качества получаемого изображения обуславливаются соотношением между спектральной областью чувствительности фотоприемной матрицы 6 и спектральным распределением потока квантов, излучаемых экраном 5, что, в конечном счете, зависит от средней температуры экрана 5 (см. Фиг.2). Более высокой температуре экрана 5 соответствует большее число квантов, попадающих от экрана 5 на фотоприемную матрицу 6 в единицу времени, и наоборот.

Однако при этом с изменением температуры экрана 5 отношение полезного сигнала, то есть сигнала, связанного с регистрацией фотоприемной матрицей 6 теплового изображения наблюдаемого объекта, сформированного на экране 5, и сигнала шума фотоприемной матрицы 6 имеет немонотонный характер (см. Фиг.3). Немонотонный характер зависимости отношения сигнал/шум от температуры экрана 5 обусловлен следующими причинами. Со снижением средней температуры экрана до величины меньше заданной сигнал шума фотоприемной матрицы 6 стремится к постоянной величине. В то же время величина полезного сигнала будет стремиться к нулю, поскольку она определяется потоком квантов экрана 5, также стремящимся к нулю при понижении температуры. С другой стороны, при повышении средней температуры экрана 5 сигнал шума, вызванного флуктуациями среднего потока квантов от экрана 5 на фотоприемную матрицу 6, будет монотонно и быстро возрастать. Кроме этого к нему добавится компонента шума, обусловленного изменениями характеристик фоточувствительных элементов фотоприемной матрицы 6 за счет увеличения фонового потока, например, в результате снижения сопротивления. Также одновременно у большинства фоточувствительных элементов (пикселей) при увеличении потока квантов в области их чувствительности выше величины, определяемой динамическим диапазоном, происходит снижение последней. В совокупности эти обстоятельства приводят к снижению величины отношения сигнал/шум при достаточно высокой температуре экрана 5.

Таким образом, на основании сказанного следует вывод о существовании оптимальной температуры экрана 5, которая обеспечивает максимальное значение отношения сигнал/шум (см. Фиг.3) и, соответственно, минимум в зависимости минимальной обнаруживаемой разности температур (повышение температурного разрешения) от средней температуры экрана 5 (см. Фиг.4), которая может быть зарегистрирована фоточувствительной матрицей 6 на экране 5. Последняя и влияет на получаемое качество изображения в видеосистеме.

Достижение технического результата в предлагаемом способе базируется на регистрации фотоприемной матрицей излучения от объекта через промежуточный тепловой экран 5 (см. Фиг.1) с реализацией возможности регулирования его средней температуры в интервале величин, в котором дополнительное увеличение потока квантов от экрана 5 к фотоприемной матрице 6 обеспечивает повышение отношения сигнал/шум фотоприемной матрицы 6, включающем и достижение оптимальной величины, при которой отношение сигнал/шум достигает своего максимума; при этом промежуточный тепловой экран 5 выполняет функцию приведения подлежащего регистрации излучения иного спектрального диапазона, чем диапазон чувствительности фотоприемной матрицы 6, к диапазону ее чувствительности. Причинно-следственная связь детально поясняется следующим.

Излучение объекта наблюдения, которое регистрируют предлагаемым способом, может быть как собственным тепловым, определяемым его температурой и оптическими характеристиками объекта, так и отраженным - в случае использования дополнительных внешних источников подсветки объекта, например источников излучения субмиллиметрового диапазона длин волн (примерно от 30 до 1000 мкм). Вакуумируемая камера 3 с входным окном-фильтром 4 и размещенными в ее внутреннем объеме экраном 5 и фотоприемной матрицей 6 - охлаждаемые элементы до низких температур в процессе регистрации излучения, например до температур, близких к температуре жидкого гелия; объектив 2, формирующий тепловое изображение наблюдаемого объекта на экране 5, - неохлаждаемый элемент. В качестве фотоприемной матрицы 6 может быть использована, например, фотоприемная матрица на основе узкозонных полупроводников HgCdTe или PbSnTe (PbTe), характеризующаяся спектральным диапазоном чувствительности с длинноволновой границей до 20-25 мкм. Спектральный диапазон регистрируемого излучения, засвечивающего экран 5 и формирующего на нем тепловое изображение наблюдаемого объекта, которое далее регистрируют расположенной вблизи экрана 5 фотоприемной матрицей 6, задают оптическими характеристиками входного окна-фильтра 4. Последний может выполнять функцию отсекающего фильтра, в частности пропускать излучение только с длиной волны более 30 мкм. В этом случае предотвращают засветку фотоприемной матрицы 6 инфракрасной частью излучения фона с комнатной (около 300 К) температурой в диапазоне длин волн менее 30 мкм, то есть в области чувствительности фотоприемной матрицы 6. Такая засветка может приводить к появлению в отношении фотоприемной матрицы 6 дополнительного фонового тока и шума и способствует увеличению минимальной обнаруживаемой разности температур экрана 5, которая может быть зарегистрирована матрицей 6, то есть ухудшает в целом характеристики системы, реализующей предлагаемый способ регистрации излучения фотоприемной матрицей. В качестве экрана 5 используют тонкий экран, который может быть выполнен, например, в виде пленки органического материала, в частности полиимида, или в виде тонкой стеклянной мембраны с нанесенным на нее покрытием, эффективно поглощающими излучение требуемого спектрального диапазона, определяемого температурой объекта наблюдения и свойствами его поверхности и/или спектральными характеристиками дополнительного источника освещения и беспрепятственно проходящего входное окно-фильтр 4. Выбор материала экрана 5 и толщины его пленки или покрытия определяется, с одной стороны, требованием минимизации его тепловой проводимости для увеличения контрастности теплового изображения объекта на нем (схематично показано на Фиг.1), а с другой стороны - требованием минимизации тепловой емкости для снижения инерционности экрана 5 (повышения частоты кадров при регистрации излучения от объекта и формирования его изображения). В частности, при использовании органического материала толщина его пленок может быть менее 3 мкм, стеклянных мембран - около 0,1 мкм. Для повышения контрастности изображения могут использовать в качестве экрана 5 экран, выполненный в виде матрицы из отдельных элементов (пикселей), связанных друг с другом тонкими «мостиками» с низкой теплопроводностью (см. Фиг.5).

Тепловое изображение на поверхности экрана 5 (см. Фиг.1), создаваемое объектом наблюдения, излучающим, в общем случае, в произвольной части электромагнитного спектра, регистрируют матрицей 6 в инфракрасном диапазоне длин волн, который обуславливается областью чувствительности фотоприемной матрицы 6, то есть материалом фоточувствительных элементов, например составом х в Cd_xHg_1-xTe.

Как правило, спектральный состав излучения нагретого тела, в нашем случае - экрана 5, определяется оптическими характеристиками материала поверхности и температурой, а для абсолютно черного тела (АЧТ) задается законом Планка. Причем максимум мощности излучения АЧТ приходится на длину волны, равную согласно закону смещения Вина λ_макс(мкм)≈2900/Т_АЧТ, где значение температуры АЧТ Т_АЧТ выражено в градусах Кельвина. Таким образом, для Т_АЧТ=29 К максимум излучения приходится примерно на λ_макс=100 мкм, а для Т_АЧТ=58 К - на λ_макс=50 мкм. Если край области чувствительности фотоприемной матрицы 6 (см. Фиг.2) примерно в два и более раз меньше чем λ_макс, например около 20-25 мкм и менее для фотоприемной матрицы 6 на основе HgCdTe или PbSnTe, и указанных температур АЧТ, то при снижении температуры экрана 5 мощность излучения (или поток квантов) в области чувствительности фотоприемной матрицы 6 уменьшается в соответствии с законом, близким к экспоненциальному, как это в обобщенном виде показано на Фиг.2. В рассматриваемом случае средняя температура экрана 5 Т_{экрана1}<Т_{экрана2}. Из приведенных на Фиг.2 зависимостей видно, что увеличение, например, дополнительным подогреванием, средней температуры экрана 5 - Т_экрана будет приводить к быстрому увеличению средней величины сигнала, регистрируемого отдельными фоточувствительными элементами (пикселями) фотоприемной матрицы 6, поскольку дополнительное подогревание вызовет увеличение потока квантов от экрана 5 на фотоприемную матрицу 6. Однако вместе с тем известно, что в используемых в настоящее время фотоприемных матрицах повышение уровня засветки в области их чувствительности выше определенной величины ведет к насыщению или даже уменьшению полезного сигнала, как об этом уже отмечалось выше со ссылкой на Фиг.3. Одновременно с увеличением среднего уровня засветки фотоприемной матрицы увеличивается и шум. Таким образом, дополнительное подогревание следует осуществлять исходя из значений температур экрана 5, вызывающих дополнительный поток квантов от экрана 5 к фотоприемной матрице 6, с соответствующей величиной потока, которая при этом обеспечит повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы 6 относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания. Для достижения технического результата величина дополнительного потока квантов не должна быть чрезмерной или недостаточной, как показано выше. Для максимального достижения технического результата дополнительное подогревание следует осуществлять до оптимальных температур экрана 5, вызывающих дополнительный поток квантов от экрана 5 к фотоприемной матрице 6 такой величины, при которой отношение полезного сигнала/шума, связанного с регистрацией распределения температуры (теплового изображения объекта) (см. Фиг.1) по поверхности экрана 5, максимально и минимальна обнаруживаемая разница температур экрана. Значения оптимальных температур строго индивидуальны для каждой фотоприемной матрицы.

При использовании системы для регистрации излучения фотоприемной матрицей 6 с отсутствием дополнительного подогревания экрана 5 и возможности регулирования его средней температуры последняя будет фиксированной для конкретной системы регистрации излучения и условий ее работы и будет определяться, в основном, средней температурой объекта наблюдения (в отсутствие его дополнительной подсветки) и оптическими характеристиками элементов системы. Например, при средней температуре объекта наблюдения Т_{объекта}≈300К, относительном отверстии объектива 2 1:2, крае пропускания отрезающего входного окна-фильтра 4 λ≈50-100 мкм, коэффициенте поглощения экрана 5 около 80% средняя температура экрана 5 составит Т_экрана≈30-60 К.

Для реализации операции подогревания экрана 5 в системе регистрации излучения фотоприемной матрицей 6 используют экран 5, укомплектованный средствами подогревания - элементами или приспособлениями, при помощи которых осуществляют его дополнительный подогрев до достижения оптимальных температур или температур, лежащих в ее окрестности, способствующих увеличению отношения сигнал/шум, хотя бы и не в максимальной степени, по сравнению с отсутствием дополнительного подогревания. Подобные элементы представляют собой, например, систему нанесенных на экран 5 электродов, представляющих собой проводящие слои для подогревания с помощью джоулева тепла при пропускании через них электрического тока; а приспособления представляют собой, например, подсветку экрана 5 в спектральном диапазоне, находящемся вне области чувствительности фотоприемной матрицы 6, например в области сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. Средствами подогревания экрана 5 изменяют его среднюю температуру, оптимально регулируя ее, и тем самым повышают отношение сигнал/шум или даже достигают максимального отношения сигнал/шум и максимального температурного разрешения (минимальной обнаруживаемой разницы температур) при считывании теплового изображения объекта наблюдения с экрана 5 посредством фотоприемной матрицы 6 (см. Фиг.3 и 4). Как следствие, это позволяет достигать улучшения качества изображения объекта, излучение которого при наблюдении регистрируется фотоприемной матрицей.

В частном случае реализации изобретения используют промежуточный тепловой экран 5, конструкция которого схематично показана на Фиг.5. В конструкции использована жесткая и толстая по сравнению с толщиной поглощающего слоя экрана, который участвует в формировании теплового изображения объекта, кремниевая подложка 8 (до 0,2 мм и более), прозрачная в области излучения от объекта наблюдения 12, которое проходит сквозь отрезающий входной окно-фильтр 4. Кремниевая подложка 8 позволяет обеспечить, в частности, жесткую конструкцию экрана 5 с плоскостностью, задаваемой кремниевой технологией и обуславливающей постоянство и точность величины зазора между экраном 5 и фотоприемной матрицей 6 по всей площади. Поглощающий слой экрана 5, формирующий тепловое изображение объекта, в данном случае состоит из отдельных пикселей экрана 9, представляющих собой фрагменты тонкой поглощающей пленки, снабженной проводящим покрытием, между которыми и кремниевой подложкой 8 выполнен вакуумный зазор и которые прикреплены к последней с помощью электрических контактов 10 с низкой тепловой проводимостью («тепловых мостиков»), аналогично тому, как это реализовано, например, в микроболометрических матричных приемниках инфракрасного излучения. Толщина поглощающей пленки, которая в данном случае, например, может быть изготовлена на основе нитрида кремния, составляет 0,1-0,2 мкм. В конструкции выполнена система электродов (электрическая разводка 11), позволяющая подавать на разные пиксели экрана 9 разную электрическую мощность, обеспечивая тем самым индивидуально температуру пикселей для достижения наилучшего отношения сигнал/шум для каждой пары (пиксель экрана 9)/(пиксель фотоприемной матрицы 7), компенсируя неоднородность чувствительности отдельных пикселей, характерную для фотоприемной матрицы, регистрирующей излучение дальнего инфракрасного диапазона.

В качестве сведений, подтверждающих возможность реализации способа с достижением указанного технического результата, приводятся нижеследующие примеры.

Пример 1

Регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию. В качестве фотоприемной матрицы используют матрицу с фоточувствительными элементами, изготовленными из PbSnTe, охлажденную до температуры, близкой к температуре жидкого гелия. Регистрацию излучения осуществляют через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение. При этом экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания до максимального значения отношения полезный сигнал/шум, равной 50 К.

Пример 2

Регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию. В качестве фотоприемной матрицы используют матрицу с фоточувствительными элементами, изготовленными из PbSnTe, охлажденную до криогенной температуры. Регистрацию излучения осуществляют через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение. При этом экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания, равной 35 К.

Пример 3

Регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию. В качестве фотоприемной матрицы используют матрицу с фоточувствительными элементами, изготовленными из PbSnTe, охлажденную до криогенной температуры. Регистрацию излучения осуществляют через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение. При этом экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания, равной 65 К.

Пример 4

Регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию. В качестве фотоприемной матрицы используют матрицу с фоточувствительными элементами, изготовленными из Cd_xHg_1-xTe с составом х=0,18, охлажденную до температуры, близкой к температуре жидкого азота. Регистрацию излучения осуществляют через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение. При этом экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания до максимального значения отношения полезный сигнал/шум, равной 120 К.

Пример 5

Регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию. В качестве фотоприемной матрицы используют матрицу с фоточувствительными элементами, изготовленными из Cd_xHg_1-xTe с составом х=0,18, охлажденную до температуры, близкой к температуре жидкого азота. Регистрацию излучения осуществляют через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение. При этом экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания, равной 140 К.

Пример 6

Регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию. В качестве фотоприемной матрицы используют матрицу с фоточувствительными элементами, изготовленными из Cd_xHg_1-xTe с составом х=0,2, охлажденную до температуры, близкой к температуре жидкого азота. Регистрацию излучения осуществляют через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение. При этом экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания до максимального значения отношения полезный сигнал/шум, равной 170 К.

Пример 7

Регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию. В качестве фотоприемной матрицы используют матрицу с фоточувствительными элементами, изготовленными из Cd_xHg_1-xTe с составом х=0,2. Регистрацию излучения осуществляют через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение. При этом экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствие дополнительного подогревания, равной 150 К.

1. Способ регистрации излучения фотоприемной матрицей, заключающийся в том, что регистрируемое излучение направляют на фотоприемную матрицу и осуществляют его регистрацию, отличающийся тем, что последнюю осуществляют через экран, формирующий тепловое изображение объекта, от которого регистрируют излучение, при этом экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице и обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствии дополнительного подогревания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что фотоприемная матрица охлаждена до криогенных температур.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что экран подогревают до температуры, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствии дополнительного подогревания до максимального значения отношения полезный сигнал/шум.

4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что экран подогревают до температуры от 40 до 120 К, вызывающей дополнительный поток квантов от экрана к фотоприемной матрице, обеспечивающей повышение отношения полезный сигнал/шум фотоприемной матрицы относительно значения последнего в отсутствии дополнительного подогревания.

Изобретение относится к приемникам оптического излучения, а именно для применения в оптоэлектронных и робототехнических устройствах для регистрации параметров оптического излучения.

Полупроводниковый датчик ультрафиолетового излучения // 2292609

Изобретение относится к микроэлектронной измерительной технике и может быть использовано в конструкции и технологии производства полупроводниковых датчиков ультрафиолетового излучения (УФИ).

Координатно-чувствительный приемник оптического излучения // 2246779

Изобретение относится к приемникам оптического излучения для применения в оптоэлектронных и робототехнических устройствах, служащим для регистрации параметров оптического излучения.

Фоторезистор на основе гетероэпитаксиальной структуры cdhgte (варианты) // 2244366

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может использоваться для создания полупроводниковых фотоприемников, в частности фоторезисторов для регистрации и измерения светового излучения.

Фотоприемное устройство // 2244365

Первичный измерительный преобразователь ультрафиолетового и гамма-излучений, осуществляющий компенсацию погрешностей, вызванных влиянием темновых токов // 2189667

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, предназначенным для измерения электромагнитных излучений, работающих в диапазоне длин волн от ультрафиолетового до гамма-излучений.

Полупроводниковый датчик ультрафиолетового излучения // 2178601

Изобретение относится к микроэлектронике. .

Полупроводниковый датчик ультрафиолетового излучения // 2155418

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии конструирования полупроводниковых датчиков ультрафиолетового излучения (УФИ). .

Детектор рентгеновского излучения // 1644637

Изобретение относится к регистрации излучений и может быть использовано для регистрации жесткого рентгеновского излучения на фоне гамма-излучения. .

Полупроводниковый приемник инфракрасного излучения // 2488916

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, точнее к компактным фотоприемникам излучения в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн, применяемым в различных областях науки и техники, в промышленности, а именно в спектроскопии, в медицине, оптических системах связи и передачи информации, в оптических сверхскоростных вычислительных и коммутационных системах

Наноструктурный ик-приемник (болометр) с большой поверхностью поглощения // 2511275

Изобретение относится к области создания детекторов инфракрасного излучения и касается болометрического ИК-детектора. Детектор состоит из мембраны площадью S с термочувствительным элементом (ТЧЭ) и поглотителем электромагнитной энергии (ПЭЭ), прикрепленной к подложке с помощью токопроводящих шинок. ТЧЭ и ПЭЭ объединены в одном элементе, который выполнен в виде покрытия из тонкопленочного монокристального материала Bi1-xSbx (0<x<12). Покрытие максимально покрывает поверхность мембраны и включает полоску, которая отделена зазорами шириной l от остальной части покрытия за исключением концов полоски, соединенных с остальной частью покрытия. Кроме того, покрытие разделено щелью на две части, электрически соединенные указанной полоской. Параметры болометра удовлетворяют следующим соотношениям: R/2Z<1, где R - удельное поверхностное сопротивление пленки, Z=120π Ом - импеданс свободного пространства; S/χ1>l2/χ2, где χ1 - температуропроводность среды, непосредственно контактирующей с мембраной, χ2 - температуропроводность материала мембраны. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении удельной обнаружительной способности устройства. 1 ил.

Приемник ик-излучения болометрического типа // 2515417

Изобретение относится к области создания детекторов инфракрасного излучения и касается болометрического ИК-детектора. Детектор состоит из мембраны площадью S с термочувствительным элементом (ТЧЭ) и поглотителем электромагнитной энергии (ПЭЭ), прикрепленной к подложке с помощью токопроводящих шинок. Функции (ТЧЭ) и (ПЭЭ) объединены в одном элементе, который выполнен в виде 2N периодических решеток, ориентированных взаимно перпендикулярно друг к другу. Решетки состоят из n тонкопленочных монокристальных полосок, изготовленных из Bi1-xSbx (0<x<12), и представляют собой n фазированных антенн с периодом L=λ/2. Параметры болометра удовлетворяют следующим соотношениям: Δλ≤(λ/n+λR0/2Z), τ<20a×b/χ, R0/2Z<0,5, где Δλ - интервал регистрируемых длин волн на основной длине волны λ, Z=120π Ом - импеданс свободного пространства, χ - температуропроводность среды, непосредственно контактирующей с мембраной, а - ширина, b - длина полосок, Ro - сопротивление квадратного участка поверхности полоски, τ - время выхода на стационарное состояние при воздействии прямоугольного импульса электромагнитной энергии. Технический результат заключается в повышении быстродействия устройства. 1 ил.

Детектор излучения // 2517802

Изобретение относится к области низкоразмерной нанотехнологии и высокодисперсным материалам и может быть использовано при изготовлении детекторов электромагнитного излучения, преимущественно оптического, с наноструктрированным поглощающим (фоточувствительным) слоем. Детектор излучения снабжен прозрачными контактами и контактами основы, между которыми расположен массив наногетероструктурных элементов, образованных донорными полупроводниковыми слоями, между которыми расположен поглощающий полупроводниковый слой. Массив наногетероструктурных элементов образован в порах матрицы оксида алюминия с диаметром пор от 40 до 150 нм. Донорные полупроводниковые слои и поглощающий полупроводниковый слой образуют структуру узкозонный полупроводник/широкозонный полупроводник/узкозонный полупроводник. Донорные полупроводниковые слои выполнены из Ge, поглощающий полупроводниковый слой выполнен из ZnSe(1-x)Sx. В качестве контактов основы используется никель, или серебро, или оксид индия-олова, в качестве прозрачных контактов используется пленка оксидов индия-олова. В качестве основы используют подложку из Si. Расстояние между контактами основы составляет от 1 до 10 мкм. Изобретение обеспечивает повышение точности позиционирования устройств, в которых реализуются сверхмалые перемещения: сканирующих атомно-силовых и туннельных микроскопов, микро- и наноэдьюкаторов и др., кроме того, достигается высокая точность фиксации перемещения. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Автономный приемник рентгеновского и ультрафиолетового излучения // 2522737

Использование: для регистрации рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Сущность изобретения заключается в том, что автономный приемник для регистрации рентгеновского и ультрафиолетового излучения включает металлический корпус, прозрачную диэлектрическую подложку, фоточувствительный слой из АФН-пленки и металлические контакты, при этом между прозрачной диэлектрической подложкой и металлическим корпусом помещено отражающее покрытие, приемник снабжен полусферической зеркальной крышкой, имеющей окно, прозрачное для рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Технический результат: повышение чувствительности при регистрации рентгеновского и ультрафиолетового излучения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Сверхширокополосный вакуумный туннельный фотодиод для детектирования ультрафиолетового, видимого и инфракрасного оптического излучения и способ для его реализации // 2523097

Изобретение относится к оптоэлектронике и вакуумной микроэлектронике и может быть использовано при создании сверхширокополосных фотодетекторов в ультрафиолетовой, видимой и ИК области спектра для оптической спектроскопии и диагностики, систем оптической связи и визуализации. Cверхширокополосный вакуумный туннельный фотодиод, детектирующий оптическое излучение в УФ, видимой и ИК спектральной области, характеризующийся тем, что форма поверхности фотоэмиттера представляет 3D пространственно наноградиентную структуру с заданным коэффициентом усиления локальной напряженности электростатического поля, расстояние между фотоэмиттером и анодом формируется в микро- или нанометровом диапазоне. Фотодиод создан на основе матрицы диодных ячеек планарно-торцевых автоэмиссионных структур с лезвиями α-углерода. Также предложен способ создания сверхширокополосного вакуумного туннельного фотодиода в УФ, видимой и ИК спектральной области, характеризующийся тем, что поверхность фотоэмиттера, имеющего работу выхода А, создают в виде 3D пространственно наноградиентной структуры с заданным коэффициентом усиления локальной напряженности электростатического поля β, формируют расстояние между фотоэмиттером и анодом в микро- или нанометровом диапазоне, при этом граничная величина напряжения на аноде Umax, соответствующая максимальному туннельному фотоэмиссионному току при детектировании оптического излучения с заданной длиной волны λ, определяется из предложенного соотношения. Изобретение обеспечивает возможность создания сверхширокополосного вакуумного туннельного фотодиода, позволяющего детектировать оптическое излучение в УФ, видимой и ИК спектральной области при использовании одного наноструктурного эмиттера с управляемой, изменением напряженности электростатического поля, «красной» границей фотоэффекта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Быстродействующий широкодиапазонный инфракрасный микроболометрический детектор // 2574524

Изобретение относится к инфракрасной технике и может быть использовано при изготовлении микроболометрических матриц, детектирующих излучение в двух инфракрасных (ИК) диапазонах с длинами волн 3-5 мкм и 8-14 мкм, соответствующих окнам прозрачности атмосферы. Инфракрасный микроболометрический детектор включает в себя единственный микромостиковый слой с множеством пикселей, каждый из которых содержит по меньшей мере один структурный слой из нитрида кремния, детектирующий излучение слой из оксида ванадия и слой, содержащий поглощающий материал. Поглощающим материалом является пленка тантала толщиной от 3 до 20 нм, при этом толщина слоя нитрида кремния не превышает 210 нм, а толщина слоя окиси ванадия - 170 нм. Технический результат заключается в создании микроболометрического детектора, имеющего равные коэффициенты поглощения в двух спектральных диапазонах, и повышении его быстродействия без снижения разрешающей способности. 1 табл., 8 ил.

Полупроводниковый детектор с внутренним усилением на основе полуизолирующего арсенида галлия и способ его изготовления // 2586081

Изобретение относится к радиографии, в частности к системам цифрового изображения в рентгеновских и гамма-лучах с помощью многоканальных полупроводниковых детекторов на основе полуизолирующего арсенида галлия. Предложенные конструкция и способ ее изготовления позволяют реализовать принцип внутреннего усиления в многоканальных полупроводниковых детекторах. Полупроводниковый детектор включает формирование полуизолирующей i-области, которая выполнена на основе арсенида галлия, компенсированного хромом, и металлические контакты к ней, при этом между металлическими контактами и i-областью формируют слой полупроводника, например арсенида индия, толщиной менее диффузионной длины электронов, инжектируемых из металлического контакта в i-область, и понижающий высоту потенциального барьера контакта металл-GaAs до энергии теплового равновесия кристалла, kT. Формирование осуществляют путем нанесения слоя индия поверх металлических контактов к i-области и последующего отжига контактов в условиях, достаточных для проплавления первичного металлического контакта. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Полупроводниковая структура, устройство с такой структурой и способ изготовления полупроводниковой структуры // 2617281

Использование: для обнаружения и/или измерения электромагнитных излучений. Сущность изобретения заключается в том, что полупроводниковая структура, способная принимать электромагнитное излучение (λ) и преобразовывать его в электрический сигнал, содержит первую и вторую области одного и того же типа проводимости, которые состоят из одних и тех же элементов, барьерную область между первой и второй областями для действия в качестве барьера для основных носителей первой и второй зон на толщине барьера, причем барьерная область имеет наименьшую ширину запрещенной зоны, определяющую барьерное соотношение для барьера, первую граничную область, расположенную так, чтобы граничить с первой областью и барьерной областью с первой граничной толщиной, причем первая граничная область имеет состав из составляющих элементов, который изменяется от соотношения, соответствующего соотношению первого материала, до барьерного соотношения, и первая граничная толщина равна, по меньшей мере, половине толщины барьера. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ получения эпитаксиальных слоёв cdхhg(1-х) te из раствора на основе теллура // 2633901

Изобретение относится к технологии материалов электронной техники, а именно к способам получения эпитаксиальных слоев узкозонных полупроводниковых твердых растворов CdxHg1-xTe для изготовления на их основе фотовольтаических приемников инфракрасного излучения. Способ получения эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe из раствора на основе теллура включает выращивание эпитаксиального слоя CdxHg1-xTe (0,19<х<0,33) методом жидкофазной эпитаксии в запаянной кварцевой ампуле при температуре 500÷513°С на подложку Cd1-yZnyTe (0,02<y<0,06) с кристаллографической ориентацией поверхности (111)В±0,5°, расположенную горизонтально над слоем жидкой фазы высотой от 1 до 2 мм, в условиях принудительного охлаждения системы подложка/раствор на 6÷11°С, в зависимости от требуемой толщины эпитаксиального слоя, и предварительное растворение поверхностного слоя подложки в перегретом не более чем на 2° относительно температуры ликвидуса растворе на основе теллура, из которого проводится выращивание эпитаксиального слоя, при этом охлаждение системы проводят со скоростью снижения температуры 0,2÷0,5 град/мин, начиная с момента контакта подложки с перегретым раствором. Техническим результатом изобретения является воспроизводимое получение эпитаксиальных слоев CdxHg1-xTe диаметром до 50 мм без отклонения формы поверхности от формы поверхности подложки с высотой микрорельефа на поверхности эпитаксиального слоя не более 60 нм и разнотолщинностью эпитаксиального слоя по его площади не более 1 мкм при номинальном значении толщины в интервале от 10 до 20 мкм. 1 табл.