Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ФОТОННЫЕ НЕОХЛАЖДАЕМЫЕ МАТРИЧНЫЕ ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ

Для работы в ближнем ИК-диапазоне оптического спектра успешно разрабатывают­ся матричные МПИ на основе арсенида индия и галлия (ЬЮаАв). В [118] сообщается о разработке гибридной конструкции ФПУ, чувствительные элементы которого пред­ставляют собой рш-фотодиоды из 1п5зОа47А5, соединенные с кремниевой интегральной схемой считывания индиевыми столбиками. Диапазон спектральной чувствительно­сти таких МПИ - 0,9... 1,7 мкм. При комнатной температуре удельная обнаружитель - ная способность фотодиодов D* превышает 5-1012 Вт~'-смТц1/2 со средним квадрати­ческим разбросом 1,2-1012 Вт_1-смТц1/2, причем основной составляющей шума явля­ется шум схемы считывания, оцениваемый зарядом в 360 электронов. При охлажде­нии приемника до 250 К удельная обнаружительная способность возрастала до 1015 Вт_1смТц 1/2. Формат приемников, ранее составлявший 128><128 и 320x240 эле­ментов, к 2000 г. был доведен до 640x512 пикселов размером 25 мкм. Общий размер такого ФПУ равен 16х 16 мм.

Как считают некоторые разработчики, альтернативой достаточно дорогим МПИ из InGaAs, как и охлаждаемым приемникам из InSb и КРТ или микроболометрам, могут быть сравнительно дешевые фоторезисторные неохлаждаемые приемники из солей свинца, чувствительные в ближней (PbS) и средневолновой (PbSe) частях ИК - диапазона. Компания «Litton Electro-Optical Systems» сообщила о разработке ФПУ на базе PbS и PbSe и ИКС «смотрящего» типа на их основе с форматом МПИ 320x240 пикселов размером 30 мкм [81]. Неохлаждаемые МПИ на базе фоторезисторов из PbS работают в диапазоне длин волн излучения 1...3 мкм, а из PbSe - в диапазоне

З...5мкм. Изготовителям этих приемников удалось преодолеть трудности сочетания чувствительных элементов с КМОП-схемой считывания, обусловленные различием в коэффициентах температурного расширения солей свинца и кремния, и создать гиб­ридную конструкцию ФПУ, которая для PbS характеризуется D, равной 8 Ю10 (при комнатной температуре) и 3-1011 (для Т-220 К) Вт_1см Гц ш. Постоянная времени фо­торезисторов из PbS составляет 0,2 мс при Т = 295 К и 1 мс при Т = 220 К, что при так­товой частоте 6,4 МГц и динамическом диапазоне принимаемых сигналов 69 дБ обес­печивает частоту кадров 60 Гц и мощность рассеивания 200 мВт.

Для ФПУ на базе PbS и PbSe характерен большой ток в цепи питания фоторезистора (около 500 нА) при фототоке сигнала, изменяющемся в пределах нескольких наноам­пер. Поэтому для выделения слабого сигнала переменного тока с помощью модуляции в конструкцию ИКС с такими ФПУ включается механический модулятор (обтюратор) приходящего излучения, поверхность которого, обращенная к ФПУ, используется как эталонный излучатель. Сигнал такого излучателя служит для автоматической под­стройки нуля, относительно которого измеряется фототок.

Хотя принципиально ФПУ на базе PbS и PbSe могут работать без охлаждения, они заключаются в вакуумированный дьюар, размещаемый на термоохлаждающем устрой­стве, что заметно улучшает параметры ФПУ.