Разработка высокотемпературных, матричных, многоспектральных фотонных фотоприемников и излучателей для средневолновой ИК области спектра (3-5 мкм)

Описание проекта

В последние годы темпы развития тепловизионной техники и смена поколений матричных фотоприемных устройств (МФПУ) новых поколений на все спектральные диапазоны оптического излучения, в первую очередь инфракрасного, заметно ускорились.

В настоящее время на практике наибольшее распространение получили тепловые (микроболометрические) приемники, как зарубежного, так и российского производства компаний FLIR, DRS и ОКБ «Астрон» (https://astrohn.ru). Хотя, перечисленные продукты являются широко используемым решением для многих приборов и систем, работающих в длинноволновой области спектра (8-14 мкм), характерные значения обнаружительной способности таких (тепловых) приемников составляют около 1Е8, что является недостаточным для решения современных задач и, что на 1÷2 порядка величины меньше чем значения обнаружительной способности одиночных диодных фотоприемников, работающих в диапазоне длин волн 3-5 мкм при комнатной температуре. Кроме того, тепловые приемники (по сравнению с фотонными полупроводниковыми) имеют большее энергопотребление и их работоспособность подвержена значительному влиянию ударных нагрузок.

Подобных недостатков лишены матричные фотонные приёмники. Однако, широкое распространение на практике матричных фотоприёмников сдерживается тем, что все перечисленные параметры они достигают при криогенных температурах, следствием чего является необходимость глубокого охлаждения для фотонных приемников, что приводит значительному проигрышу характеристик конечных приборов по энергопотреблению, стоимости, долговечности и массо-габаритным характеристикам, либо низкие значения обнаружительной способности, малое быстродействие и низкая защищенность к ударным воздействиям тепловых приемников.

Основной научно-технической задачей проекта является разработка ряда конструктивных и технологических решений и изготовление полупроводниковых диодных матричных одно- и многоспектральных фотоприемников небольшой размерности, работающих в средней ИК области спектра и, которые бы сохраняли все преимущества матричных фотоприёмников перед тепловыми, но при этом могли применяться без охлаждения или с термоэлектрическим охлаждением, и, при этом имели цену, обеспечивающую возможность их использования в продукции широкого потребления.

Предлагаемый в проекте подход основан на нескольких ключевых положениях, которые позволяют преодолеть главные недостатки аналогов разрабатываемого продукта, в частности:

получить широкий диапазон рабочих температур и возможность работы без охлаждения, за счет использования фоточувствительного материала на основе гетероструктур, которые характеризуются значительно меньшими темновыми токами, чем темновые токи фоточувствительного материала с гомо p-n переходом;
получить значительно лучшие параметры фоточувствительности за счет прямого фотоэлектрического преобразования по сравнению с «тепловым» эффектом;
одновременной двух- и более спектральностью и многоэлементностью, которое будет реализовано в рамках фотоприемного устройства небольшой размерности, работающего в широком интервале температур, включая температуры - выше комнатной.