|
| |
|
Слаботочка Книги S  Рис. 6.19. Сканистор: о -устройство (/ - прозрачный слой; 2 - электроды); б - эквивалентная схема (/-элемент распределенного сопротивления толщи; г -диод считывания; 3 - фотодиод; нагрузочный резистор; 5 -генератор пилообразной развертки; 6 - усилитель видеосигналов;. 7 - источник постоянного смещения) НОГО сигнала дает последовательность видеоимпульсов, эквивалентную картине освещенности. Разработаны и другие конструкции сканисторов строчного и матричного типов с однородным и ячеистым (в виде отдельных р-п-переходов) растрами. Как приборы мгновенного действия сканисторы отличаются от других твердотельных преобразователей меньшей чувствительностью, в силу чего находят применение главным образом в оптико-механических приборах и в фототелеграфии, где может быть обеспечена сильная засветка. Мишень кремникона (рис. 6.20) представляет собой кремниевую фотодиодную матрицу, сканирование которой осуществляется электронным лучом внутри вакуумированной электронно-лучевой трубки. Основой прибора является кремниевая пластина с мозаикой р-я-переходов (более 10 переходов), изготовленных в ней методом ди()фузии. На поверхность, обращенную к электронному лучу, нанесена резистивная пленка, предохраняющая пленку SiOa от накопления в ней заряда; поверхность, обращенная к свету, обработана с целью снижения скорости поверхностной рекомбинации. Пластина в фотоактивной области утоньшается для уменьшения бесполезного поглощения света. При работе мишени на я-область подается небольшое напряжение (5... 10 В), смещающее р-я-персходы в обратном направлении и заряжающее их емкости. При освещении благодаря фототоку происходит частичная разрядка этих емкостей (пропорционально освещенности данной точки). При сканировании электронным лучом, напротив, происходит дозарядка емкостей р-я-пе-реходов, протекающий через резистор ток формирует видеосигнал, в котором закодировано изображение. Мишень работает в режиме накопления; типичная длительность кадра ;к«:;0,04 с, а длительность цикла опроса to на 2... 3 порядка меньше. Площадь мишени обычно I... 2 см, при этом  Область лространстденного заряда л-Si РезиалиВ-ная шика СВвт  Рис. 6.20. Мишень кремникона Рис. 6.21. Гибридный сканируемый фотоприемник ИК-диапазона: / - матрица фотодетекторов CdHgTe иа сапфировой подложке; 2 - гибкий слой металлических межсоединений; 3 - кремниевый микропроцессор; 4 - подложка; 5 - выход видеосигнала ПОЛНЫЙ темповой ток, искажающий видеосигнал, не превышает 10 нА, разрешающая способность составляет 400... 800 линий, динамический диапазон освещенностей - 1 :20. По сравнению с другими многоэлементными фотоприемниками мишень кремникона выгодно отличается простотой, регулярностью структуры, отсутствием межсоединений. Это обеспечивает достижение в ней наивысшей, рекордной степени интеграции (до 10** ячеек в устройстве). Основной недостаток кремниконов обусловлен тем, что механизм сканирования находится вне кристалла и при этом требует работы в вакуумном объеме и высоковольтного управления электронным лучом. Фотоприемники ИК-диапазона. Создание высокочувствительных фотоприемников для обнаружения слабых оптических сигналов в ИК-Диапазоне является традиционной проблемой фотоэлектроники и поэтому полностью не рассматривается. Применительно к оптоэлектронике, т. е. к задачам обработки информации, представленной в оптической форме, необходимость создания фотоприемников ИК-диапазона диктуется двумя моментами. Во-первых, это те случаи, когда именно в ИК-Диапа-зоне наиболее эффективно проявляют себя определяющие элементы оптоэлектронной системы. Так, развитие GaAlAs-излуча-телей (лазеров и светодиодов )с длиной волны Хл;0,8...0,9 мкм потребовало создания соответствующего фотоприемника (по случайному, «счастливому» совпадению наиболее подходящими оказались кремниевые приборы). Тот факт, что кварцевые волоконные световоды обладают наилучшим пропусканием и наименьшей дисперсией в диапазоне л?» 1,3... 1,6 мкм, привел к разработке быстродействующих фотоприемников в том же диапазоне: именно это вновь пробудило интерес к германиевым фотодиодам, а также стимулировало работы по InGaAs-фотоприемникам. Во-вторых, необходимость в ИК-фотоприемниках может быть вызвана существом самой решаемой задачи. Так, создание оптоэлектронных датчиков идентификации различных веществ требует применения фотоприемников, чувствительных в области спектров поглощения этих веществ; например, для датчиков влажности эта область характеризуется значениями Я,я:; 1,7... 1,9 мкм. Важнейшей среди этих задач является «тепловидение» - восприятие, «наблюдение» объектов в темноте, основанное на регистрации поля их собственного теплового излучения. Для тепловидения необходимы фотоприемники, которые в § 6.1 были отнесены к приборам второй группы, т. е. мрюгоэлементные структуры с самосканированием, чувствительные в ИК-области. Такие приборы получили название ИК-фотомишеней. Спектральный диапазон тепловидения определяется двумя моментами: областью интенсивного излучения тел и «окнами прозрачности» атмосферы. Исходя из этого наибольший интерес представляет диапазон = 8... 12 мкм, в качестве альтернативы может рассматриваться и диапазон Х = 3...5 мкм. Исторически первыми в И К-диапазоне начали использоваться фоторезисторы, однако в настоящее время там, где это возможно, происходит их замена на фотодиоды или другие приборы с р-дг-переходами. Благодаря этому снижается порог чувствительности, повышается быстродействие, оказывается возможным создание многоэлементных матричных структур. Среди основных материалов ИК-фотоэлектроники могут быть выделены полупроводники трех характерных групп. Первую группу составляют моноатомные полупроводники (кремний и германий), легированные примесями, образующими мелкие и сверхмелкие энергетические уровни. Эти материалы практически не имеют ограничений по рабочей длине волны: введение в германий примесей Ли, Hg, Си позволяет продвинуться до длин волн 9, 14 и 27 мкм соответственно; легирование кремния атомами Те, S, In, Mg, Ga, Al, В обеспечивает перекрытие области спектра от единиц микрометров до субмиллиметрового диапазона. Однако им свойствен принципиальный недостаток - использование механизма примесной фотопроводимости и, как следствие, низкие значения фоточувствительности и рабочей температуры. Поэтому германий все больше вытесняется из производства фоторезисторов, а кремний сохраняет прочные позиции лишь из-за технологической совместимости с микроэлектронными схемами обработки фотосигналов. Вторую группу образуют бинарные соединения (PbS, InAs, PbTe, InSb, PbSe и др.), для которых характерна свобственная фотопроводимость; однако каждый полупроводник работает в «своем» спектральном диапазоне, поэтому имеет место технологичес- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 [68] 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |