Инфракрасная радиометрия на основе многорядных инфракрасных фотоприемных устройств

Abstract

В основу принципа действия инфракрасных радиометров положено преобразование ИК-излучения от объектов наблюдения в электрические сигналы, на основе которых формируется видимое изображение или задается механизм обработки параметров наблюдаемых объектов при различных фоновых потоках. Для работы в заданных диапазонах ИК области спектра радиометры включают в свой состав специальные крупноформатные, высокочувствительные фотоприемные устройства (ФПУ), использующие матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с обработкой данных в БИС считывания. Среди различных полупроводниковых материалов, чувствительных в ИК области спектра, тройные растворы HgCdTe являются лучшим полупроводниковым соединением с точки зрения достижения максимальных фотоэлектрических параметров [1, 2] в заданных ИК диапазонах спектра, что связано с выбором архитектуры фоточувствительных элементов с уменьшенным влиянием тепловых процессов при детектировании излучения. Для включения в состав инфракрасного радиометра изготовлены по планарной технологии на основе гетероэпитаксиальных структур с поглощающим слоем HgCdTe p-типа проводимости ФПУ, чувствительные в средневолновом и длинноволновом ИК диапазонах спектра. Проведены исследования темновых токов и шумов фоточувствительных элементов (ФЧЭ) многорядных фотоприемных модулей на основе гетероэпитаксиальных (ГЭС) структур HgCdTe с шагом 28 мкм средневолнового и длинноволнового ИК диапазонов спектра при обратном напряжении смещения V = -0,1 В. На рис. 1 показана температурная зависимость темнового тока для образца средневолнового диапазона спектра (Δλ=3.5-4,1 мкм). Значение обнаружительной способности D* ≥ 1012 для ФПУ средневолнового диапазона достигается при темновых токах менее 10-11 А, что достижимо для температуры охлаждения Т = 80 К. Проведены теоретические и экспериментальные исследования величин и источников выходного шума ФПУ длинноволнового ИК диапазона спектра в зависимости от времени накопления в диапазоне Тнак = 25 – 200 мкс. Показано, что шум прибора включает шум ФЧЭ и входной ячейки считывания мультиплексора. Шум фотодиода он включает шум ячейки считывания, который должен быть существенно меньше шума фотодиода, а емкость накопления ячейки считывания для ФПУ длинноволнового диапазона должна быть менее 10 фФ.