Исследование и разработка одноканальных эмиссионных приемников изображений объектов, излучающих в тепловом и ультрафиолетовом диапазонах, в привязке к изображению окружающей местности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Попов Александр Владимирович

• Попов Александр Владимирович
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Попов Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ПРИЕМНИКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ, ИЗЛУЧАЮЩИХ В ТЕПЛОВОМ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОМ ДИАПАЗОНЕ. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

1.1 Приёмники изображений тепловых объектов, сравнительный анализ их характеристик

1.1.1 Фотонные приёмники изображений тепловых объектов

1.1.1.а Фотонные приёмники изображений на основе квантовых ям

1.1.1.б Фотонные приёмники изображений в виде сенсорно-преобразовательных матриц фотодиодов на основе кадмий-ртуть-теллура

1.1.1.в Фотонные приёмники изображений на основе матриц из барьеров Шоттки

1.1.1.г Фотонные приёмники изображений на основе фоторезистивных матриц

1.1.2 Болометрические приёмники (БП) изображений

1.1.3 Пироэлектрические приёмники изображений объектов, излучающих в тепловом диапазоне

1.1.3.а Пироэлектрические приёмники изображений конденсаторной архитектуры

1.1.3.б Пироэлектрические приёмники изображений архитектуры видикона

1.1.3.в Пироэлектрические приёмники изображений гибридной резистивно-пироэлектрической архитектуры

1.1.3.г Пироэлектрические приёмники изображений архитектуры ЭОП

1.2.4 Сравнительная таблица приёмников изображений объектов, излучающих в тепловом диапазоне

1.2 Приемники изображений объектов, излучающих в УФ диапазоне, их сравнительный анализ

1.2.1 Твердотельные приёмники изображений УФ объектов

1.2.1.а Твердотельные приёмники изображений на основе матриц из кремниевыхр-п переходных фотодиодов

1.2.1.б Твердотельные приёмники изображений на основе матриц изрч-п ОаЫ-ЛШфотодиодов

1.2.1.в Твердотельные приёмники на основе диодов Шоттки

1.2.2 Вакуумные эмиссионные приёмники изображений объектов, излучающих в УФ диапазоне

1.2.3 Промежуточные итоги

1.3 Выводы по материалам первой главы

ГЛАВА 2. ПРЕДЛАГАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ И ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ДВУХСПЕКТРАЛЬНОМ ОДНОКАНАЛЬНОМ ПРИЁМНИКЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ ТЕПЛОВЫХ ОБЪЕКТОВ, ВЫПОЛНЕННОМ В АРХИТЕКУРЕ ЭОП

2.1 Предложенная конструкция, принцип работы

2.2 Выбор и обоснование базовых материалов

2.3 Функциональные блоки изделия и модельные представления. Физические эффекты, положенные в основу работы изделия

2.4 Пироэлектрический сенсор-преобразователь

2.4.1 Координатные зависимости напряженности электрического поля и потенциалов в окрестности приемной поверхности пироэлектрического сенсора, при различных величинах мощности проецируемого теплового потока

2.4.2 Спонтанная поляризация и графическое представление координатных зависимостей напряжённости и потенциалов электрических полей

2.4.3 Стационарная температурная зависимость абсолютной величины вектора спонтанной поляризации под действием теплового потока

2.4.4 Оценка возможного влияния упругих деформаций на информационные электрические потенциалы, индуцированные тепловым полем в пироэлектрической плёнке

2.5 Расчёт и оптимизация управляющих потенциалов считывающего узла

2.5.1 Расчёты траектории движения фотоэлектронов в рабочем пространстве изделия и оценки потерь электронов в процессе захвата веществом пироэлектрической плёнки и кремниевой несущей мембраны, выполненные с учётом спонтанной поляризации пироэлектрической плёнки

2.5.2 Компенсация потенциала спонтанной поляризации. Расчёты траектории движения фотоэлектронов в условиях вариации геометрии плёнки, потенциалов плёнки, и окружающих электродов, с целью оптимизации процессов считывания потоком фотоэлектронов потенциального рельефа картины изображения теплового объекта вблизи поверхности пироэлектрической плёнки

2.6 Влияние эффекта кулоновского взаимодействия на процессы считывания в двух-спектральном одноканальном приёмнике изображений объектов, излучающих в тепловом диапазоне

2.7 Выводы по материалам второй главы

ГЛАВА 3. ПРЕДЛАГАЕМАЯ КОНСТРУКЦИЯ И ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В ДВУХСПЕКТРАЛЬНОМ ОДНОКАНАЛЬНОМ ПРИЁМНИКЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ УФ ОБЪЕКТОВ, ВЫПОЛНЕННОМ В АРХИТЕКТУРЕ ЭОП

3.1 Предложенная конструкция, принцип работы. Выбор и обоснование базовых материалов

3.2 Функциональные блоки изделия и модельные представления. Физические эффекты, положенные в основу его работы

3.3 Функциональная интеграция базовых физических эффектов и процесс считывания информации приёмником изображений УФ объектов

3.4. Анализ картин изображений на примерах распознавания УФ объектов в привязке к окружающей местности

3.5 Выводы по материалам третьей главы

ГЛАВА 4. РАСЧЁТНАЯ МОДЕЛЬ ВХОДНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ

ОДНОКАНАЛЬНОГО 2-Х СПЕКТРАЛЬНОГО ПРИЁМНИКА ЭОП АРХИТЕКТУРЫ

4.1 Принцип формирования оптической схемы входного объектива одноканального двух-спектрального приёмника изображений

4.2 Расчет оптической схемы входного объектива и учет влияния входного окна ЭОП

4.3 Результаты расчётов

4.4 Выводы по материалам четвертой главы

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПЛЁНОК. ОТРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ ВЕЛИЧИНЫ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА МЕТОДОМ ДИНАМИЧЕСКОЙ ЁМКОСТИ

5.1 Задачи и функциональные возможности измерительного стенда

5.2 Блок-схема и принципиальная схема измерительного стенда

166

5.3 Основные физические принципы и уравнения, положенные в основу метода динамической ёмкости

5.4 Технология измерений (последовательность предварительных процедур и калибровка), методики измерений

5.5 Методика определения расстояния (зазора) между считывающим электродом и исследуемым образцом

5.6 Методика определения амплитуды колебаний считывающего электрода

5.7 Процедура измерения калибровочных образцов. Процедура измерений рабочих образцов. Результаты измерений

5.8 Выводы по материалам пятой главы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Патент на изобретение «Одноканальный двухспектральный приемник изображений объектов, излучающих в ультрафиолетовом дипазоне»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патент на изобретение «Фотокатод»

ПРИЛОЖЕНИЕ В Патент на изобретение «Фотокатод для одноканального двухспектрального эмиссионного приемника УФ изображений»

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Программа для расчёта пространственных распределений электрических полей и потенциалов для произвольной геометрии, и траекторий фотоэлектронов

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка одноканальных эмиссионных приемников изображений объектов, излучающих в тепловом и ультрафиолетовом диапазонах, в привязке к изображению окружающей местности»

Актуальность работы

Многообразие приёмников изображений объектов, используемых в системах технического зрения, обусловлено широтой спектрального диапазона излучений объектов, в диапазоне которых значимо изменяются оптические и энергетические свойства материалов и конструкций приёмников изображений. Поэтому, в процессе разработки приёмников изображений объектов в их архитектуру закладывают индивидуальный набор физических эффектов, позволяющих наиболее оптимально реализовать функции их регистрации и распознавания.

Трудности эти усугубляются необходимостью осуществлять координатную привязку изображений объектов к изображению окружающей их местности. Наиболее ярко это проявляется при совмещении изображений объектов, излучающих в солнечно-слепом ультрафиолетовом (УФ-С) либо в тепловом (ТП) диапазонах, расположенных на местности, информацию о которой в настоящее время наиболее эффективно регистрируют в отражённых излучениях неба.

Традиционно, проблему координатной привязки изображений объектов, излучающих в УФ и ТП диапазонах к местности решают в рамках приборов двухканальной системы. Каждый из её каналов настроен на работу либо с излучениями, несущими информацию об объекте, либо с излучениями, несущими информацию о местности. Архитектура двухканальной системы, независимо от используемой конструкции фотоприёмника, диктует необходимость использования независимых входных оптико-механических систем («зумы», линзы объективов), независимых сенсоров - преобразователей (включая внутренние усиления), и последующего аппаратного либо программного совмещения изображений объектов и местности. - В результате растут габариты, вес и требуемая энергетика изделий, значимо повышается их стоимость.

В силу изложенного, разработка одноканальных двух-спектральных приемников изображений объектов является актуальной задачей. Помимо изложенных выше физико-технических аспектов, актуальность разработки обуславливается широким спектром задач по регистрации и распознавания объектов, излучающих в УФ-С (150-300 нм), либо в тепловом диапазоне (3-15 мкм, ТП) диапазонах, в привязке их изображений к окружающей местности (0,8-1,6 мкм). В их числе:

1. Мониторинг внештатных ситуаций на высоковольтных электроэнергетических объектах (ЛЭП, высоковольтные подстанции) [1];

2. Диагностика состояния контактных сетей железных дорог [2];

3. Мониторинг территорий, загрязнённых радиоактивными веществами;

4. Активная мобильная локация мест утечек в магистральных трубопроводах углеводородов (нефте- и газоконденсатных) [3];

5. Мониторинг промывочных вод, связанный с поисковым бурением.

Эффективность использования солнечно-слепых УФ приемников изображений в столь

широкой области деятельности человека обусловлена:

1. Отсутствием фоновых УФ излучений Солнца спектрального диапазона 0,15-0,30 мкм на поверхности Земли в силу поглощения его озоновым слоем атмосферы Земли [4];

2. Наличием спектральных линий оптических излучений в диапазоне вакуумного ультрафиолета при релаксации возбужденных состояний атомов и молекул атмосферы Земли к стационарному состоянию (сопровождают частичные либо коронные разряды, или жёсткие ультрафиолетовые, рентгеновские либо гамма-излучения).

Несмотря на широкий спрос на солнечно-слепые УФ приёмники изображений, в настоящее время отсутствует их промышленная реализация. Что касается приёмников изображений тепловых объектов, наиболее чувствительными из них являются ТП приёмники на основе фотонных сенсоров; однако, их необходимо охлаждать вплоть до гелиевых температур [5]. Габариты и себестоимость таких приемников велики. Тепловые болометрические резистивные и ёмкостные приемники либо имеют низкую чувствительность, либо (на основе сверхпроводников) требуют охлаждения до гелиевых температур [6]. Болометрические приемники на пироэлектрических сенсорах не требуют глубокого охлаждения, но уступают по чувствительности тепловым приемникам с фотонными сенсорами. Однако, при решении ряда задач пироэлектрические приёмники способны обеспечить требуемую чувствительность к тепловым излучениям, к тому же они компактны, надежны в эксплуатации и не требуют охлаждения.

Ряд важных замечаний

1. Интенсивность излучения ночного неба в спектральном ИК 1,25-1,55 мкм превышает интенсивность его излучения в используемом сегодня диапазоне (0,8-1,1 мкм) на два-три порядка [7]. Несмотря на это, для работы в спектральном диапазоне 1,25-1,55 мкм существуют только приёмники изучений, но отсутствуют эффективные приемники изображений. Причина тому, высокий уровень утечек р-п, р-1 и ьп переходов твердотельных фотоприёмных матриц, реализуемых на соответствующих узкозонных полупроводниковых материалах. Отсутствие

эффективных вакуумных эмиссионных приемников изображений, чувствительных в указанном спектральном диапазоне, связано с отсутствием соответствующих фотокатодов. 2. При регистрации и распознавании объектов важно осуществить их привязку к окружающей местности. Проблема в том, что формирование изображений объектов и окружающей их местности часто осуществляется в существенно различающихся спектральных диапазонах. Поэтому, задача регистрации тепловых и УФ объектов в привязке к окружающей местности в настоящее время решается с использованием двухканальных приемников изображений, что вызывает необходимость в последующем аппаратно-программном синтезе сформированных в двухканальных приемниках изображений объекта и местности, излучающих (либо отражающих) в различных спектральных диапазонах. Т.е. синтез изображений требует использования дополнительного оптико-механического узла и электронных устройств, что значительно удорожает стоимость изделий в целом, рыночная цена которых, в зависимости от качества, колеблется в диапазоне 1,0-3,0 млн. рублей за изделие.

Степень разработанности темы

Что касается степени разработанности приёмников изображений чувствительных в тепловом диапазоне, то из числа наиболее «продвинутых» для регистрации и распознавания тепловых объектов следует отметить неохлаждаемые болометрические матричные приёмники изображений объектов на основе оксида ванадия. Данные приёмники, несмотря на меньшую величину удельной обнаружительной способности (~6*109 см*Гц1/2/Вт [8]) в сравнении с фотонными приёмниками (~2*1010 см*Гц1/2/Вт [8]) изображений объектов, не требуют охлаждения и работают при комнатной температуре. Более того, они успешно работают в широком диапазоне температур окружающей среды, - от -40...+70 градусов Цельсия, и позволяют детектировать изображения с разрешением в 640х320 пикселей. На коммерческом рынке такие приёмники изображений тепловых объектов широко представлены компанией FLIR (модели F-625, М332, А315, Т1020 и т.д.). Если же говорить про российский рынок тепловых приёмников, то можно выделить линейку болометрических неохлаждаемых приёмников от компании Астрон (модели 38417, 64012, 64017, 64017-1, 64017-2). Несмотря на перечисленные достоинства неохлаждаемых болометрических приёмников изображений на основе оксида ванадия, они обладают рядом существенных недостатков, к которым можно отнести сложность технологии их производства и дороговизну прибора (так, стоимость приёмников компаний FLIR в среднем составляет порядка 15 тыс. долларов за изделие).

Что касается УФ приёмников изображений, работающих в солнечно-слепом

спектральном диапазоне 150-300 нм, то на коммерческом рынке их практически нет. Для детектирования и распознавания солнечно-слепых УФ объектов в основном используются не солнечно-слепые матричные КМОП либо ПЗС приёмники (CCD42-40, CCD47-10, CCD30-84 от Teledyne Imaging) разрабатываемые небольшими специализированными фирмами (Huazheng Electric Manufacturing, Uvirco Technologies, Photon Focus, JAI engineer, OFIL Systems) в комплекте с интерференционными фильтрами (120VBB, 170-VBB от Teledyne Acton Optics, BP250 от Midwest Optical Systems). Такие комплексные приёмные устройства имеют низкую квантовую эффективность (в лучшем случае порядка 10%), и низкую чувствительность. «Широкополостность» приёмных Si матриц требует непременного использования дорогостоящих нелинейных интерференционных фильтров (~2 тыс. долларов за штуку, фильтр BP250 от Midwest Optical Systems), спектры пропускания которых зависят от температуры окружающей среды, и которые значимо ослабляют излучение в рабочем диапазоне (коэффициент пропускания излучения в солнечно-слепом УФ спектральном диапазоне порядка 35% для фильтра BP250 от Midwest Optical Systems).

Крайне важным для разрабатываемых систем технического зрения является необходимость обеспечения координатной привязки регистрируемого объекта к окружающей его местности. Как было выше упомянуто, традиционно для координатной привязки таких (ТП либо УФ) объектов (тепловых - от компании FLIR, и УФ - от компании Uvirco Technologies) приёмники изображений имеют 2-х канальную конструкцию, со всеми вытекающими отсюда указанными выше последствиями. Заметим, средняя стоимость таких приёмников достигает величины порядка 15 -20 тыс. долларов.

В результатах анализа состояния разработок различного вида приёмников изображений объектов, излучающих в солнечно-слепом УФ и в ТП диапазонах, приёмники изображений архитектуры ЭОП представляются одними из наиболее эффективных.

Однако, как и у твердотельных ПИ, для реализации функции координатной привязки изображений объектов к местности и для приёмников архитектуры ЭОП используют 2-х канальные конструкции.

В настоящей диссертационной работе предлагается решение проблемы координатной привязки изображений солнечно-слепых УФ и ТП объектов к изображению местности (ИК либо ВД), осуществляемое в рамках одноканальных систем технического зрения. Суть наших предложений заключается в физико-технических изменениях двух базовых блоков приёмников ЭОП архитектуры, которые приводят к функциональным изменениям в работе устройств. За основу архитектуры предлагаемого нами эмиссионного приёмника изображений, осуществляющего функцию привязки изображений УФ либо ТП объектов к изображению

местности, взята архитектура традиционного электронно-оптического преобразователя (ЭОП), реализующая функцию регистрации и усиления оптических изображений УФ и ТП объектов, но без привязки этих изображений к изображению окружающей их местности.

Введены следующие функциональные и физические изменения в базовые блоки архитектуры ЭОП:

- в блок сбора и фокусировки потоков оптических изображений объекта и местности введена функция пространственного разделения на входе в одноканальную систему информационных потоков от объекта и местности; для этого во входном объективе используются линзы с существенно различными показателями преломления в спектральных диапазонах излучений объекта и местности, а сенсорные слои размещают последовательно в фокальных плоскостях их изображений;

- вводится, отсутствующая в прототипе, функция интеграции информационных потоков от объектов и местности; для этого, в архитектуру приемника изображений УФ объектов с их координатной привязкой к изображению местности, вводится процедура и её физико-техническое обеспечение, позволяющие осуществлять интеграцию информационных потоков фотоэлектронов (от фотокатодов несущих информацию об объекте и местности); в архитектуру приёмника изображений ТП объектов, для осуществления координатной привязки тепловых изображений к изображению окружающей объект местности вводится процесс считывания потоком фотоэлектронов, несущих информацию о местности, картины распределения электрических потенциалов близ сенсорного слоя, несущей информацию о тепловом объекте.

Основанием к ожиданию положительных результатов в рамках изложенного подхода, являются используемые нами проверенные по многим источникам справочные данные о характеристиках предлагаемых сенсорных и оптических материалов. В частности, в роли сенсорно-преобразовательного материала для детектирования изображений объектов в тепловом диапазоне, нами использованы данные по пироэлектрическим плёнкам, представленные в научной литературе. При выборе фотокатода для приёмников изображений объектов излучающих в солнечно-слепом УФ диапазоне мы ориентировались на поликристаллические алмазные плёнки, легированные бором, что мотивировано результатами наработок выполненных в лаборатории НИЛ ФЭ МИЭТ [9, 10] в области германиевых и алмазных фотокатодов (0,8-1,55 мкм и 150-300 нм, соответственно). Заметим, что использовать пироэлектрические эмиссионные приёмники изображений в архитектуре ЭОП в роли теплового сенсора-преобразователя ранее было предложено в [11]. Однако, предложенная авторами [11] конструкция не позволяет осуществить привязку объекта к местности в рамках одноканальной конструкции.

Цели и задачи настоящей работы

Целью работы являются детальные физико-технические исследования возможности и условий реализации эффективных приёмников изображений объектов, излучающих в солнечно-слепом ультрафиолетовом и в тепловом диапазонах, и осуществляющих в одноканальных системах технического зрения координатную привязку изображений объектов к изображению местности.

Для реализации данной цели потребовалось решить следующие задачи:

1. Исследовать на работоспособность инновационную архитектуру вакуумных эмиссионных приемников изображений солнечно-слепых УФ и ТП объектов, включающих новые функциональные блоки, обеспечивающие выполнение устройствами функций распознавания и совмещения изображений объектов и местности;

2. Осуществить выбор базовых материалов для сенсорно-преобразовательных плёнок и линз единой входной оптической системы (объектива) вакуумных эмиссионных приёмников изображений; посредством расчётов и моделирования процессов показать эффективность их применений;

3. Сформулировать физико-математические модели работы вновь введённых функциональных блоков и эмиссионных приёмников изображений предлагаемой архитектуры на их основе; получить функциональные зависимости между основными параметрами узлов, формирующих и считывающих изображения (УФ и ТП) объектов в координатной привязке к ИК изображению местности; выполнить расчеты, оптимизировать величины управляющих потенциалов и конструкций базовых узлов;

4. Для обсуждаемых одноканальных двух-спектральных приёмников изображений УФ и ТП объектов теоретически исследовать архитектуру входной оптической системы, осуществляющей разделение информационных потоков фотонов об объектах и местности, рассчитать геометрию оптической системы.

Научная новизна в работе представлена

1. Результатами исследований процессов разделения оптических информационных потоков об объекте и окружающей объект местности, их индивидуальных преобразований, и последующей интеграции в рамках инновационной архитектуры одноканального эмиссионного приёмника изображений тепловых объектов на фоне окружающей местности, осуществляемой посредством считывания потоком фотоэлектронов несущих информацию о местности, информационной картины распределения потенциалов вблизи сенсорной пироэлектрической

плёнки несущей информацию о тепловых объектах, и физико-математической мульти-параметрической моделью, иллюстрирующей формирование картины изображений тепловых объектов на местности;

2. Результатами исследований процессов разделения оптических информационных потоков об объекте и окружающей объект местности, их индивидуальных преобразований, и последующей интеграции в рамках инновационной архитектуры одноканального эмиссионного приёмника изображений объектов на фоне окружающей местности, излучающих в солнечно-слепом ультрафиолетовом диапазоне, осуществляемой посредством суперпозиции потоков фотоэлектронов несущих информацию о местности и об ультрафиолетовых объектах, и физико-математической мульти-параметрической моделью формирования картины изображений солнечно-слепых УФ объектов на местности;

3. Физико-математической моделью входной оптической одноканальной 2-х спектральной системы, позволяющей разнести в пространстве фокальные плоскости изображений объектов и местности, посредством выбора материалов для линз входного объектива со значимой величиной дисперсии показателя преломления в спектральных диапазонах излучений несущих информацию об объектах и местности.

Теоретическая и практическая значимость работы

1. Предложенные инновационные архитектуры и физические механизмы лежащие в основе работы приборов позволяют осуществить привязку изображений УФ и тепловых объектов к изображению окружающей их местности;

2. Сформулированные физико-математические модели процессов, протекающих в УФ и ТП вакуумных эмиссионных приёмниках изображений, позволяют рассчитать и оптимизировать геометрию и управляющие потенциалы базовых узлов изделий;

3. Предложенные инновационные одноканальные двух-спектральные конструкции позволяют значимо снизить стоимость изделий по сравнению с двуканальными приемниками изображений объектов, выполняющими те же функции.

Вводимые в инновационную архитектуру новые базовые физические эффекты позволят реализовать бюджетно- и технически эффективные сенсорно-преобразовательные модули для видеоканалов систем широкого класса применений: удаленного бесконтактного мониторинга ЛЭП, бесконтактного мониторинга территорий, загрязненных радиоактивными веществами, и др.

Методология и методы исследований

Работа носит, в основном, теоретический характер. Одной из главных решаемых задач, является оценка работоспособности и эффективности предложенных инновационных архитектур, составляющих их базовых физических эффектов и, на их основе, конструкций. Выполнены детальные физико-технические расчёты по поиску оптимальных параметров напряжений питания, предложенных новых базовых узлов изделий. Работа каждого из рассмотренных изделий базируется на последовательной интеграции целого ряда физических эффектов: эффектов, связанных с фото- и вторичной эмиссией электронов и с катодолюминесценцией, эффектов связанных с частичной деполяризацией вещества пироэлектрического сенсора, эффектов интеграции потоков фотоэлектронов несущих информацию об объекте и местности, а также связанных с процессами считывания информация с картин распределения потенциалов несущих информацию о тепловом объекте потоком фотоэлектронов несущих информацию о местности, и др. Анализ процессов влияния тепловых полей на деполяризацию пироэлектрических плёнок, так же как и оценки характера и степени взаимодействий потоков заряженных частиц, друг с другом и с веществом, требуют расчёта распределений в рабочем объёме прибора электрических полей и потенциалов. Всё это обусловило наш выбор модельных представлений, и программ для численных расчётов изделий. Одной из программ является СОМБОЬ МиШрЬувюБ, которая выбрана нами для расчёта траекторий фотоэлектронов, электрических полей и потенциалов, с использованием метода конечных элементов. Для расчёта единой входной оптической системы приёмников (УФ и теплового диапазонов) использовался гибридный метод Пауэлла. Для возможности диагностики характеристик сенсорных (пироэлектрических и фотоэмиссионных) плёнок разработан и изготовлен измерительный стенд, и соответствующие методики измерений.

Положения, выносимые на защиту

1. Инновационная архитектура и на её основе инновационная конструкция одноканального двух-спектрального эмиссионного приемника изображений, с сенсорами в виде германиевого фотокатода с поверхностью активированной к процессам фотоэмиссии, и пироэлектрической плёнкой в виде сетки, расположенных в фокальных плоскостях единой входной оптической системы, и разнесенных в пространстве благодаря дисперсии показателя преломления её линз в ИК и тепловом спектральных диапазонах, позволяют осуществлять функцию координатной привязки изображений теплового объекта к изображению окружающей объект местности;

2. Физико-математическая модель процессов формирования картины тепловой зависимости распределений электрических потенциалов и траекторий считывающего их потока

фотоэлектронов несущих информацию о местности, позволяет рассчитать величины управляющих напряжений на электродах базовых узлов теплового приёмника, необходимые для реализации синтеза изображений объекта и местности в рамках одноканального двух-спектрального приёмника изображений тепловых объектов;

3. Физико-математическая модель анализа паразитного влияния пьезоэлектрического эффекта, позволяет количественно оценить степень этого влияния на информационную картину распределения электрических потенциалов вблизи поверхности пироэлектрического сенсора;

4. Инновационная архитектура и на её основе инновационный одноканальный двух-спектральный эмиссионный приёмник ультрафиолетовых изображений, выполненный на основе алмазного фотокатода, сформированного на тыльной стороне входного окна, и германиевого фотокатода выполненного в виде сетки с поверхностью активированной к процессам фотоэмиссии, и расположенных в фокальных плоскостях единой входной оптической системы разнесённых в пространстве благодаря дисперсии её показателя преломления в ИК и ультрафиолетовом спектральных диапазонах, позволяет осуществить привязку изображений солнечно-слепых ультрафиолетовых объектов к изображению окружающей объект местности;

5. Физико-математическая модель процессов формирования суперпозиции информационных потоков в потоках фотоэлектронов, несущих информацию об УФ объектах и окружающей объекты местности, позволяет рассчитать оптимальные величины управляющих напряжений на электродах формирующего и считывающего узлов приёмника изображений, необходимых для реализации синтеза изображений объекта и местности в рамках одноканального двух-спектрального приёмника изображений объектов, излучающих в солнечно-слепом ультрафиолетовом диапазоне.

Степень достоверности

Достоверность результатов основывается на использовании общепризнанных физических воззрений и методов численных расчетов.

Апробация результатов работы

Основные результаты работ апробированы докладами на 3-х конференциях и на Всероссийском семинаре:

1. Международная конференция ФизикА.СПб/2019 (РИуБюЛ 8РЬ/2019), 2019 г., г. Санкт-Петербург, Россия;

2. 29-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2022», 2022 г., г. Москва, г. Зеленоград, Россия;

3. XXVI Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 2022 г., г. Москва, Россия;

4. Всероссийская научная школа-семинар «Взаимодействие сверхвысокочастотного терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами. Метаматериалами и биообъектами», 2023 г., г. Саратов, Россия.

Публикации

По основным результатам диссертационной работы опубликовано 6 статей [12-17]. В их числе 5 статей, опубликованных в научных изданиях, входящих в перечень рецензируемых научных издании ВАК Минобрнауки РФ, перечень RSCI и индексируемых Web of Science и Scopus.

Автором диссертационной работы, совместно с коллегами, по теме диссертации получено 3 (три) патента РФ [18-20] (Приложения А, Б, В).

Личный вклад автора

Вклад автора заключается в непосредственном участии в постановке целей и задач исследований, в предложении инновационных конструкций приёмников изображений тепловых и ультрафиолетовых объектов, в разработке физико-математических моделей и измерительного стенда. Все представленные в диссертации экспериментальные и теоретические результаты получены автором лично. А.В. Попов принимал непосредственное участие при написании патентов и статей. Лично участвовал в выступлениях на научных конференциях.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из Введения, 5-и глав, Заключения, Списка сокращений и условных обозначений, Словаря терминов, Списка цитируемой литературы из 162 наименований. Содержание и результаты диссертационной работы изложены на 196 страницах машинописного текста (формата А4), содержит 113 рисунков, 30 таблиц, 163 формулы, 4 приложения.

ГЛАВА 1 ПРИЕМНИКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ, ИЗЛУЧАЮЩИХ В ТЕПЛОВОМ И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОМ ДИАПАЗОНЕ. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Существующие твердотельные полупроводниковые приёмники изображений

объектов, излучающих в тепловом и УФ диапазоне реализованы, соответственно, на узкозонных либо широкозонных материалах, и в виде матричных конструкций, что для изготовления неизбежно требует использования прецизионных ростовых и маршрутных технологий, а при использовании узкозонных материалов - охлаждения, вплоть до гелиевых температур.

Что касается состояния разработок на основе эмиссионных эффектов, то в настоящее время не существует эмиссионных одноканальных приёмников изображений объектов, излучающих в УФ или в тепловом диапазоне в привязке изображений объектов к изображению окружающей местности. Связано это с тем, что формирование изображений объектов и местности осуществляется в различных спектральных диапазонах. Поэтому, для регистрации и распознавания объектов и окружающей местности в существующих эмиссионных приёмниках изображений используются двухканальные конструкции, представляющие собою два оптических тракта параллельно регистрирующих объект и местность в разных спектральных диапазонах. Это накладывает дополнительные требования на оптику под каждый видеоканал конструкции и требует последующего использования системы совмещения и обработки получаемых изображений объектов и окружающей местности. Всё это значительно усложняет конструкцию прибора и увеличивает его стоимость.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Попов Александр Владимирович, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Vasquez-Arnez R. L., Jardini M. G. M., Masuda M., Carita L. A., Jardini J. A. Preventive Inspection of Line Insulators through Corona Emission: A Case Study // IEEE PES T&D 2010. -2010. - P. 1-6.

2. Li J., Zhou Y., Yi X., Zhang M., Chen X., Cui M., Yan F. An Automatic Corona-discharge Detection System for Railways Based on Solar-blind Ultraviolet Detection // Current Optics and Photonics. - 2017. - V. 1. - №. 3. - P. 196-202.

3. Базарбаев, Ш. Е. Обзор внешних методов обнаружения утечек нефти в трубопроводах // Международный научный журнал «Вестник науки». - 2021. - Т. 2. - №. 6 (39). - С. 269 - 273.

4. Frederick, J.E., Snelland H. E., Haywoo E. K. Solar ultraviolet radiation at the earth's surface // Photochemistry and Photobiology. - 1989 - V. 50. - №.8. - P.443-450.

5. Rogalski, A. Infrared detectors: an overview // Infrared Physics & Technology. - 2002. -Vol.43 - P.187-210.

6. Rogalski, A., Sizov F. Infrared and Terahertz detectors // Boca Raton: CRC PRESS, 2019. - P. 1068. - ISBN 9781032338668.

7. TECH-BRIEFS Thermographic Imaging Selecting an IR Camera with the Right Detector // TECH-BRIEFS. - Режим доступа: https://www.techbriefs.com/component/content/article/tb/supplements/ptb/features/articles/11174

8. Moreels, G. et al. Near Infrared sky background fluctuations at mid- and low latitudes // Experimental Astronomy. - 2008. - Vol. 22. - N. 87. - P. 87-107.

9. Bespalov V. A., Il'ichev E. A., Kazakov I. P., Kirpilenko G. G., Kozlitin A. I., Minakov P. V., Saraikin V. V., Klekovkin А. V., Kuklev S. V., Petrukhin G. N., Rychkov G. S., Sokolov D. S., Teverovskaya E.G. Image Converter Tubes with Diamond Photocathodes and Electron Flow Multipliers // Diamond and related materials, Volume 120, December 2021, 108603

10. Ильичёв Э. А., Петрухин Г. Н., Полторацкий Э. А., Рычков Г. С., и др. Вакуумный эмиссионный приемник изображений ультрафиолетового диапазона // Патент №2738767, выдан 16.12.2020

11. Гончаренко Б. Г., Брюхневич Г. И., Зорин С. М., Антипов В. А., Салов В. Д., Виленчик Л. С. Пироэлектрический электронно-оптический преобразователь изображения // Патент №2325725, выдан 13.06.2013

12. Popov A. V., Il'ichev E. A., Demin G. D. An investigation of the generalized model of pyroelectric thermal IR detectors // Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - Vol. 1400. - P. 066060.

13. Гревцев А. C., Золотухин П. А., Ильичев Э. А., Петрухин Г. Н., Попов А. В., Рычков Г. С. Расчетная модель приемника тепловых изображений в архитектуре электронно-оптического преобразователя // ЖТФ. - 2022. - Т. 92. - №. 4. - С. 507-519.

14. Гревцев А. C., Золотухин П. А., Ильичев Э. А., Петрухин Г. Н., Попов А. В., Рычков Г. С. Исследование процессов считывания изображений тепловых объектов приемником, выполненным в архитектуре электронно-оптического преобразователя // ЖТФ. - 2022. - Т. 92. -№. 5. - С. 649-659.

15. Золотухин П. А., Ильичев Э. А., Петрухин Г. Н., Попов А. В., Рычков Г. С., Теверовская Е. Г. Расчёт и оптимизация предельных характеристик одноканального двухспектрального приёмника изображений объектов, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне преобразователя // ЖТФ. - 2022. - Т. 92. - №. 9. - С. 1449.

16. Попов, А. В. Расчётная модель оптической системы для одноканального двухспектрального приёмника архитектуры электронно-оптического преобразователя // Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2022. - Т. 27. - Вып. 5. - с. 613-623.

17. Демидова А. Н., Ильичёв Э. А., Корляков Д. А., Петрухин Г. Н., Попов А. В., Рычков Г. С. «Электронная компонентная база эмиссионной СВЧ и терагерцовой электроники на углеродных материалах». // В Сборнике статей десятой Всероссийской научной школя-семинара. - под ред. Ал. Скрипаля. - Саратов. - 2023. - с. 475 - 481. Десятая Всероссийская научная школа-семинар. Саратов - май 2023. «Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами».

18. Патент на изобретение №2792809 Российская Федерация. Одноканальный двухспектральный приемник изображений объектов, излучающих в ультрафиолетовом диапазоне / Патентообладатель - федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники» (RU). Беспалов В.А., Золотухин П. А., Ильичёв Э. А., Петрухин Г. Н., Попов А.В., Рычков Г.С., приоритет от 02.06.2022 г., регистрация в Государственном реестре РФ от 24.03.2023 г.

19. Патент на изобретение №2806151 Российская Федерация. Фотокатод / Патентообладатель - федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники» (RU). Ильичев Э. А., Демидова А. Н, Корляков Д. А., Золотухин П. А., Попов А. В., Петрухин Г. Н., Рычков Г. С., Соколов Д. С., Куклев С. В., Казаков И. П., приоритет от 18.10.2023 г., регистрация в Государственном реестре РФ от 26.10.2023 г.

20. Патент на изобретение №2809590 Российская Федерация. Фотокатод для одноканального двухспектрального эмиссионного приемника УФ изображений / Патентообладатель - Общество с ограниченной ответственностью «ЮВИЗОР» (RU). Демидова А. Н., Золотухин П. А., Ильичёв Э. А., Корляков Д. А., Мельников И. М., Попов А. В., Певчих К. Э., Рычков Г. С., Петрухин Г. Н. приоритет от 04.09.2023 г., регистрация в Государственном реестре РФ от 13.12.2023 г.

21. Jelen, C. et al. Responsivity and noise performance of InGaAs/InP quantum well infrared photodetectors // Photodetectors: Materials and Devices III; ed. By G. J. Brown. - 1998. - Vol. 3287. -P. 96-104.

22. Cellek, O. O., Ozer S., Besikci С. High responsivity InP-InGaAs quantum-well infrared photodetectors: characteristics and focal plane array performance // IEEE J. Quant. Electron. - 2005. -Vol. 41. - N. 7. - P. 980.

23. Eker, S. U., Arslan Y., Besikci C. High speed QWIP FPAs on InP substrates // Infrared Phys. Technol. - 2011. - Vol. 54. - N. 2 - P. 209.

24. Chee L. T., Hooman M. Emerging technologies for high performance infrared detectors // Nanophotonics. - 2017. - Vol. 7. - N. 1. - P. 1-29.

25. Коротаев В. В. и др. Основы тепловидения // СПб. : НИУ ИТМО, 2012. - C. 122.

26. Huffman J. E., Crouse A. G., Halleck B. L., Downes T. V. Si:Sb blocked impurity band detectors for infrared astronomy // J. Appl. Phys. - 1998. - Vol. 72 - N. 1. - P. 273.

27. Sclar N. Development Status of Silicon Extrinsic IR Detectors, II // Infrared Detectors; ed. by W.L. Wolfe. - 1983. - Vol. 0443 - P. 11-41.

28. Birkmann S.M., Stegmaier J., Grozinger U., Krause O. Cold performance tests of blocked-impurity-band Si:As detectors developed for DARWIN // High Energy, Optical, and Infrared Detectors for Astronomy III; ed. by . D. A. Dom, A. D. Holland. - 2008. - Vol. 7021. - P. 70210R.

29. Woods S.I. et al. Wideband infrared trap detector based upon doped silicon photocurrent devices // Appl. Opt. - 2018. - Vol. 57 - №. 18. - P. D82.

30. Eppeldauer G., Racz M. Spectral power and irradiance responsivity calibration of InSb working-standard radiometers // Appl. Opt. - 2000. - Vol. 39. - N. 31. - P. 5739.

31. Yuan H. et al. FPA development: from InGaAs, InSb, to HgCdTe // Infrared Technology and Applications XXXIV. - 2008. - Vol. 6940. - P. 69403C.

32. Rogalski A. Recent progress in infrared detector technologies // Infrared Phys. Technol. - 2011 - Vol. 54 - N. 5. - P. 126.

33. Martyniuk P. et al. Utmost response time of long-wave HgCdTe photodetectors operating under zero voltage condition // Optical and Quantum Electronics. - 2018. - Vol.50. - N. 17 - P. 1-7.

34. Gadir M. A., Harrison P. Responsivity of quantum well infrared photodetectors at terahertz detection wavelengths // Journal of Applied Physics. - 2002. - P.5821.

35. Willams T. L. Thermal Imaging Cameras // Boca Raton: CRC Press, 2009. - P. 212.

36. Mermelstein C. et al. Low-power photocurrent nonlinearity in quantum well infrared detectors // Applied Physics Letters. - 1997. - P. 2013

37. Arslan Y., Colakoglu T., Besikci C. Diffraction-Grating-Coupled High Quantum Efficiency InP/InGaAs Quantum Well Infrared Photodetector Focal Plane Array // IEEE Journal of Quantum Electronics. - 2013. - Vol. 49. - N. 2. - P. 186-192.

38. Abdollahi P. S. et al. Demonstration of high-performance long wavelength infrared type II InAs/GaSb superlattice photodiode grown on GaAs substrate // Applied Physics Letters. - 2009. - Vol. 95. - P. 173505.

39. Стафеев В.И. и др. Матричные фотоприёмные устройства среднего и дальнего инфракрасных диапазонов спектра на основе фотодиодов из CdxHg1-xTe // Физика и техника полупроводников. - 2005. - Т. 39. - Вып. 10 - С. 1257.

40. Варавин В. С., Марин Д. В., Якушев М. В. Электрофизические свойства пленок CdxHg1-xTe (x = 0.3), выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках Si(013) // Физика твердого тела. - 2016. - Т. 58. - Вып. 4 - С. 625.

41. Старцев В. В., Наумов А. В. Фотоприемные устройства на «кадмий-ртуть-теллуре» // Астрон. - 2018. - Режим доступа: https://astrohn.ru/2020/01/17/cdznte/.

42. FLIR The Ultimate Infrared handbook for R&D Professionals: Booklet // FLIR. - Режим доступа: https://www.flirmedia.com/MMC/THG/Brochures/T559243/ T559243_EN.pdf.

43. Photovoltaic Mercury Cadmium Telluride Detectors // Teledyne Judson Technologies. -Режим доступа: http://www.teledynejudson.com/products/photovoltaic-mercury-cadmium-telluride-detectors.

44. Solt K. Melchior H., Kroth U. PtSi-n-Si Schottky-barrier photodetectors with stable spectral responsivity in the 120-250 nm spectral range // Applied Physics Letters. - Vol. 69. - N. 24. - 1997. -P.3662-3664.

45. Masafumi K. et al. A wide spectral band photodetector with PtSi // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. - Vol. 6. - 1985. - P.1031-1041.

46. Light Dependent Resistor (LDR) or Photoresistor (What is it?) // Electrical4U - Режим доступа: electrical4u.com/light-dependent-resistor-ldr-working-principle-of-ldr/.

47. Norton P.R. Infrared image sensors // Opt.Eng. - 1991. - Vol.30. - P. 1649-1663.

48. Karlowatz G. Advanced Monte Carlo Simulation for Semiconductor Devices // TU Wien -Institute for Microelectronics. - 2009. - Режим доступа: https://www.iue.tuwien.ac.at/phd/karlowatz/.

49. Stapekbroek G., Seib D., Huffmann E., Florence R. Large-format blocked-impurity-band focal plane arrays for long-wavelength infrared astronomy // Infrared Detectors and Instrumentation for Astronomy; ed. by A. M. Fowler. - 1995. - Vol. 2475. - P. 41-48.

50. Madarasz F. Blocked impurity band detectors an analytical model: Figures of merit // Journal of Applied Physics. - 1987. - Vol. 62. - P.2533.

51. Carranza I. E., Grant J., Gough J., David R. S. Metamaterial-Based Terahertz Imaging // IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol. - 2015. - Vol. 5. - N. 6. - P. 892.

52. Deng, Y.-Z. et al. Experiments on Temperature Changes of Microbolometer under Blackbody Radiation and Predictions Using Thermal Modeling by COMSOL Multiphysics Simulator // Tung. Sensors. - 2018. - Vol. 18. - N. 2593. - P. 2593.

53. Rashman M. F. et al. Uncooled microbolometer arrays for ground-based astronomy // Monthly Notices. - 2020. - Vol. 492. - N. 1 - P. 480-487.

54. Vedel C., Martin J.-L., Ouvrier Buffet J.-L. Amorphous-silicon-based uncooled microbolometer IRFPA // Infrared Technology and Applications XXV; ed. by B.F. Andersen, M. Strojnik. - 1999. - Vol. 3698. - P. 276- 283

55. Schimert T. et al. Low-cost low-power uncooled a-Si-based micro infrared camera for unattended ground sensor applications // Unattended Ground Sensor Technologies and Applications; ed. by E M. Carapezza, D.B. Law, K.T. Stalker. - 1999. - Vol. 3713. - P. 101- 111.

56. Estill S., Brozel M. R. Undoped LEC GaAs as an Infrared Bolometer Detector // MRS Online Proceed. Library. - 1994. - Vol. 299. - N. 27. - P. 27-32

57. Hoffman C., Driggers R. Encyclopedia of Optical and Photonic Engineering // Florida : CRC Press, 2015. - p. 4088. - ISBN: 9781439850978

58. Low F. J. Low-Temperature Germanium Bolometer // Journal of Optical Society America. -1961. - Vol. 51. - N. 11. - P. 1300-1304.

59. Tarasov M. A. et al. Optical response of a cold-electron bolometer array // Jetp Lett. - 2010. -Vol. 92. - P. 416-420.

60. Rogalski A. Infrared Detectors: 2nd ed. // Florida: CRC Press, 2020. - P. 898. - ISBN: 9780367577094.

61. Holland S. K., Krauss R. H., Laufer G. Demonstration of an uncooled LiTaO3-detector-based differential absorption radiometer for remote sensing of chemical effluents // Optical Engineerring. -2004. - Vol. 43. - N. 10. - P. 2303.

62. Roundy, C. B. Sensitive LiTaO3 pyroelectric detector / C. B. Roundy, R. L. Byer // J. Appl. Phys. - 1973. - Vol. 44. - N. 2. - P. 929.

63. Kao M. C. et al. Pyroelectric Ta-modified LiNbO3 thin films and devices for thermal infrared detection // Thin. Solid Films. - 2008. - Vol. 516. - N. 16. - P. 5518-5522.

64. Giebeler C. et al. High performance PZT based pyro-detectors with D* of 2x10E9 cmHzE^/W for presence, gas and spectroscopy applications // Proceedings OPTO 2009 & IRS 2009. - 2009. - P. 185-189.

65. Kumar R. T. R. et al. Room temperature deposited vanadium oxide thin films for uncooled infrared detectors // Materials Research Bulletin. - 2003. - Vol. 38. - P. 1235-1240.

66. Voshell A., Dhar N., Rana M. M. Materials for microbolometers: vanadium oxide or silicon derivatives // Image Sensing Technologies: Materials, Devices, Systems, and Applications IV; ed. by N. K. Dhar, A. K. Dutta. - Vol. 10209. - P. 102090M-1.

67. Microbolometers // hmn.wiki. - Режим доступа: https://hmn.wiki/ru/Microbolometers

68. Jerominek H., Picard F., Vincent D. Vanadium oxide films for optical switching and detection // Optical Engineering. - 1993. - Vol. 32. - N. 9. - P. 2092-2099.

69. Han Y.-H., Kim K.-T., Shin H.-J., Moon S. Enhanced characteristics of an uncooled microbolometer using vanadium-tungsten oxide as a thermometric material // Applied Physics Letters. - 2005. - Vol. 86. - N. 25. - P.254101.

70. Dong L., Yue R., Liu L. An uncooled microbolometer infrared detector based on Poly-SiGe thermistor // Sensors and Actuators A: Physical. - 2003. - Vol. 105. - N. 3. - P.286-292.

71. Syllaios A. J. et al. Amorphous Silicon Microbolometer Technology // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. - 2011. - Vol. 609. - P. A14.4.1- A14.4.6.

72. Detection of Light // Universiteit Leiden. - Режим доступа: https://home.strw.leidenuniv.nl/~brandl/D0L/DTL_06_Bolometers.pdf.

73. Wang B., Lai J., Zhao E., Hui H., Chen S. Research on VOx uncooled infrared bolometer based on porous silicon // Frontiers Optoelectronics. - 2012. - Vol. 5. - N. 3. - P. 292-297.

74. Malm B. G. , Kolahdouz M., Forsberg F., Niklaus F. Quantum Mechanical TCAD Study of Epitaxial SiGe Thermistor Layers // SISPAD 2012, Denver, 2012. - P. 173-176.

75. Кульчицкий Н. , Наумов А., Старцев В. Современное состояние и тенденции рынка неохлаждаемых микроболометров // Журнал Технологии Защиты. - Режим доступа: http://www.tzmagazine.ru/jpage_print.php?uid3=1791.

76. Kohin M., Butler N. R. Performance limits of uncooled VOx microbolometer focal plane arrays // Infrared Technology and Applications XXX; ed. by B .F. Andersen, G. F. Fulop - 2004. -Vol. 5406. - P. 447-453.

77. Буш А.А. Пироэлектрический эффект и его применения // Москва: ГОУ ВПО «Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (Технический университет)», 2005. - 212 с. - ISBN 5-7339-0538-7.

78. McKinley I. M., Pilo L. Phase transitions and thermal expansion in pyroelectric energy conversion // Applied Physics Letters. - 2013. - Vol. 102. - P. 023906.

79. Capan R. Organic pyroelectric materials for device applications // Journal of Balikesir University Institute of Science and Technology. - 2010. - Vol. 12. - N. 1. - P. 75-90.

80. Popescu S. T. Interferometric measurement of the pyroelelctric coefficient in lithium niobate // Journal of Applied Physics. - 2013. - Vol. 113. - P.043101.

81. Castilla H., Belanger P., Zednik R. J. High temperature characterization of piezoelectric lithium niobate using electrochemical impedance spectroscopy resonance method // Journal of Applied Physics. - 2017. - Vol. 112- P.244103.

82. Cicero R. C., Ajay K. B., Banarji B. Structural, dielectric, and electrical properties of lithium niobate microfibers // Journal of Advanced Ceramics. - 2016. - Vol. 5. - P.84-92.

83. Properties of LN Crystal // United Crystals. - Режим доступа: unitedcrystals.com/LiNbO3Prop.html.

84. Smith S. W. et al. Pyroelectric response in crystalline hafnium zirconium oxide (Hf1-xZrxO2) thin films // Applied Physics Letters. - 2007. - Vol. 110. - N .7. - P.072901.

85. Scott E. A., Gaskins J. T., Ring S. W., Hopkins P. E. Thermal conductivity and thermal boundary resistance of atomic layer deposited high-k dielectric aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium oxide thin films on silicon // APL Materials. - 2018. - Vol. 6. - N. 5. - P.058302.

86. Ye C., Tamagawa T., Schiller P., Polla D.L. Pyroelectric PbTiO3 thin films for microsensor applications // Sensors and Actuators A: Physical. - 1992. - Vol. 35. - N. 1. - P.77-83.

87. Norotkov L. N. et al. Dielectric Permittivity and Conductivity of Amorphous PbTiO3 // Ferrorelectrics. - 2004. - Vol. 299. - N. 1. - P. 171-177.

88. Vijendra A. C., Bichile G. K. Synthesis, Structural, and Electrical Properties of Pure PbTiO3 Ferroelectric Ceramics // Smart materials research. - 2013. - Vol. 2013. - P. 1-9.

89. Bauer S., Lang S. B. Pyroelectric polymer electrets // IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. - 1996. - Vol. 3. - N. 5. - P.647-676.

90. Shridhar Y., Noses H. W., Hyun L. Low Temperature Thermal Conductivity, Heat Capacity, and Heat Generation of PZT // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. - 1995. - Vol. 6. - N. 6.- P.757-764.

91. Lithium Tantalate (LiTaO3) // Korth kristalle GMBH. - Режим доступа: https://www.korth.de/index.php/162/items/20.html.

92. Zhao J., Tan A. C., Green P. F. Thermally induced chain orientation for improved thermal conductivity of P(VDF-TrFE) thin films // Journal of Materials Chemistry C.- 2017 - Vol.5. -P.10834-10838.

93. TCD - thermal conductivity database // TGS. - Режим доступа: https://map.tgs.com/specsheets/Thermal_Conductivity_Report_Spec.pdf.

94. Kimata M. Metal silicide Schottky infrared detector arrays // Infrared Detectors and Emitters: Materials and Devices. - 2000. - Vol. 8. - P.77-98.

95. Putley E. H., Watton R., Ludlow J. H. Pyroelectric thermal imaging devices // Ferroelectrics. -1972. - Vol. 3. - N. 1. - P. 263-268.

96. Kaplan, H. Practical Applications of Infrared Thermal Sensing and Imaging Equipment // Washington: SPIE Press, 2007. - P. 192. - ISBN: 9780819467232.

97. Kruse P. W. Uncooled Thermal Imaging Arrays Systems, and Applications // Washington: SPIE Press, 2001. - P. 110. - ISBN: 978-0819441225.

98. LRM-202 // InfraTec. - Режим доступа: https://www.infratec-infrared.com/downloads/en/sensor-division/detector_data_sheet/infratec-datasheet-lrm-202-_.pdf.

99. LRM-054 // InfraTec - Режим доступа: https://www.infratec-infrared.com/downloads/en/sensor-division/detector_data_sheet/infratec-datasheet-lim-054-_.pdf.

100. Astheimer R. W., Schwarz F. Thermal imaging using pyroelectric detectors // Applied Optics. - 1968. - Vol. 7. - N. 9. - P. 1687-1695.

101. Putley E. H., Watton R., Wreathall W. M., Savage S. D. Thermal imaging with Pyroelectric Television Tubes // Advances in Electronics and Electron Physics. - 1972. - Vol. 33. - Part A. - P. 285-292.

102. Dimmock J. O. Capabilities and limitations of infrared vidicons vs infrared scanning systems arrays // Developments in Electronic Imaging Techniques II; ed. by R. Zirkind, S.Nudelman, A. Schnitzler. - 1973. - Vol. 0032. - P. 9-23.

103. Dudhe C. M., Nagdeote S. B., Chaudhari C. P. Ferroelectric Domains in Sr0.5Ba0.5Nb2O6 (SBN50) at Nanolevel // Ferroelectrics. - 2015. - Vol. 482. - N. 1. - P. 104-112.

104. Noda M. et al. A new type of dielectric bolometer mode of detector pixel using ferroelectric thin film capacitors for infrared image sensor // Sensors and Actuators A: Physical. - 1999. - Volume 77. - N. 1. - P. 39-44.

105. Васильев И., Татаурщиков C., Штам А. Телевизионные фотоэлектронные приборы // Электроника: НТБ. - 2001. - Вып. 6. - С. 70-75.

106. Зорин С. М. Разработка основ технологии изготовления тонкоплёночной мишени пироэлектрического электронно-оптического преобразователя инфракрасного изображения на основе дифенил-2,2',4,4'-тетраамина // дис. канд. тех. наук : 05.27.06 / Зорин Сергей Михайлович. - М., 2016. - 162 с.

107. Зорин С. М., Гончаренко Б. Г., Козлов В. В., Романов А. Н., Салов В. Д. Свойства дифенил-2,2',4,4'-тетраамина и тонкопленочная мишень пироэлектрического электронно-оптического преобразователя на его основе // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. - 2015. - Т. 18. - №. 3. - C. 205—211.

108. Принцип работы пироэлектрического детектора на примере пироЭОПа для дальнего ИК-диапазона // Астрон. - Режим доступа: https://astrohn.ru/developments /perspective-development/pyroelectric-detectors.

109. Пиро-электронно-оптический преобразователь в диапазоне длин волн 8-14 мкм // НПП Гамма. - Режим доступа: http://www.nppgamma.com/PiroEOP.htm.

110. Артюков И. Детекторы ультрафиолетового излучения // Фотоника. - 2008. Вып. 5. - С. 26 - 33.

111. Intensifiers for low-light Environments // Penlink. - Режим доступа: https://www.penlink.se/products/electro-optics/image-intensifier/.

112. Image Itensifiers // Night Vision Devices. - Режим доступа: https://www.nvdevices.com/product-category/image-intensifier-tubes/.

113. UV image intensifier tube Image for night vision monocular binoculars telescope // Yunnan Yuanjin Optical Instruments Co., Ltd. - Режим доступа: https://www.alibaba.com/product-detail/UV-image-intensifier-tube-Image-for_1600303094028.html.

114. Sun-Blind Ultraviolet Image Intensifier Tube // Guangzhou Ecor Tech Co., Ltd. - Режим доступа: https://www.made-in-china.com/showroom/usmartsensor/product-detailVFUGjbKdwZWE/China-Sun-Blind-Ultraviolet-Image-Intensifier-Tube.html.

115. Photon Focus UV CMOS Camera with Global Shutter Technology // UV camera MV4-D1280U-H01-GT - Режим доступа: https://www.photonfocus.com/products/global-shutter-uv-cmos-camera/.

116. Ultraviolet (UV) Image Sensor // IMX 487. - Режим доступа: https://www.sony-semicon.com/en/products/is/industry/uv.html.

117. UV Enhanced cameras // EHD. - Режим доступа: https://www.ehd.de/products/specialapplications/UV_Enhanced_Cameras.html.

118. Фотодиод // Википедия. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Фотодиод.

119. Brouk I., Nemirovsky Y. Dimensional effects in CMOS photodiodes // Solid State Electronics. - 2002. - Vol. 46. - N. 1. - P. 19-28.

120. BP250-27 // Graftek Imaging, Inc. - Режим доступа: https://graftek.com/product/bp250-27/.

121. BP250 // Midwest Optical Systems. - Режим доступа: https://midopt.com/filters/bp250-2/.

122. Suat U. A. Advances in Photodiodes // London: IntechOpen, 2011. - P. 143. - ISBN 978-953307-163-3.

123. Ferreira G. M., Silva V., Minas G., Catarino S. O. Simulation Study of Vertical p-n Junction Photodiodes Optical Performance According to CMOS Technology // Applied Sciences - 2022. - Vol. 12. - N. 5. - P. 2580 - 2598.

124. Tasirin S. K., Menon P. S., Ahmad I., Abdullah S. F. High performance silicon lateral PIN photodiode // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2013. - Vol. 16. - P. 012032.

125. Bulteela O., Flandrea D. Optimization of Blue/UV Sensors Using PIN Photodiodes in Thin-Film SOI Technology // ECS Transactions. - 2009.- Vol. 19. - N. 4. - P. 175-180.

126. Xu W. et al. Magnesium ion-implantation-based gallium nitride p-i-n photodiode for visible-blind ultraviolet detection // Photonics Research. - 2019. - Vol. 7. - N. 8. - P. B48-B54.

127. Long J. P., Varadaraajan S., Matthews J., Schetzina J. F. UV detectors and focal plane array imagers based on AlGaN p-i-n photodiodes // Opto-Electronics Review. - 2002. - Vol. 10. - N. 4. - P. 251-260.

128. McClintock R., Razeghi M. Solar-blind photodetectors and focal plane arrays based on AlGaN // Optical Sensing, Imaging, and Photon Counting: Nanostructured Devices and Applications; ed. by M. Razeghi, D. S. Temple, G. J. Brown. - 2015. - Vol. 9555 - P. 955502-1 - 955502-9.

129. Lamarre P. et al. AlGaN p-i-n Photodiode Arrays for Solar-Blind Applications // Mat. Res. Soc. Symp. - 2001. - Vol. 639. - P. G10.9.1 - G10.9.6.

130. Hamady S. O. S. A simulation of doping and trap effects on the spectral response of AlGaN ultraviolet detectors // Journal of Semiconductors. - 2012. - Vol. 33. - N. 3. - P. 034002.

131. Shahid A. et al. External quantum efficiency of Pt/n-GaN Schottky diodes in the spectral range 5-500 nm // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. - 2005. - Vol. 539. - N. 1-2. P. 84-92.

132. Sciuto A. et al. 4H-SiC Schottky Array Photodiodes for UV Imaging Application Based on the Pinch-off Surface Effect // Materials Science Forum. - 2007. - Vol. 556-557. - P. 945-948.

133. Kao W. C. Charge Carrier Injection from Electrical Contacts // Dielectric Phenomena in Solids With Emphasis on Physical Concepts of Electronic Processes. - 2004. - P. 327-380.

134. Sang L. W. et al. AlGaN-based solar-blind schottky photodetectors fabricated on AlN/sapphire template // Chin. Phys. Lett. - 2008. - Vol. 25. - P. 258-261.

135. Photomultiplier tube Basic and Applications Hamatsu // Hamatsu. - Режим доступа: https://www.hamamatsu.com/content/dam/hamamatsu-photonics/sites/documents/99_SALES _LIBRARY/etd/PMT_handbook_v3aE.pdf.

136. Panesi M., Miki K., Prudhomme S., Brandis A. On the assessment of a Bayesian validation methodology for data reduction models relevant to shock tube experiments // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. - 2012. - Vol. 213-216. - P. 383-398.

137. Dedal-390-DK(100) // Dedal-NV optics. - Режим доступа: https://dedalnvoptics.com/catalog/night-vision/night-vision-riflescopes/dedal-490-dk3-100/.

138. Tang G., Yan F., Chen X., Luo W. High-quantum-efficiency ultraviolet solar-blind AlGaN photocathode detector with a sharp spectral sensitivity threshold at 300 nm // Applied Optics . - 2018.

- Vol. 57. - N. 27. - P. 8060-8064.

139. Intensifier Gating Ultra-Short Exposure Times // Lambert Reimagine detection. - Режим доступа: https://www.lambertinstruments.com/technologies-1/?category=Image +Intensifiers.

140. Popecki M. A. et al. Microchannel plate fabrication using glass capillary // JGR Space Physics.

- 2016. - Vol. 121. - N. 8. - P. 7449-7460.

141. Bespalov V. A., Il'ichev E. A., Kazakov I. P., Kirpilenko G. A., Kozlitin A. I., Minakov P. V., Saraikin V. A., Klekovkin A. V., Kuklev S. V., Petrukhin G. N., Rychkov G. S., Sokolov D. S., Teverovskaya E. G. Characteristics of Solar-Blind Electron-Optical Converters with Diamond Photocathodes // Tech. Phys. Lett. - 2021. - Vol. 47. - P. 432-435.

142. Заявка на изобретение 2022114888 Российская Федерация. Одноканальный двухспектральный приемник изображений, выполненный в архитектуре электронно-оптического преобразователя / Заявитель федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники». - Беспалов В.А., Золотухин П. А., Ильичёв Э. А., Петрухин Г. Н., Попов А.В., Рычков Г.С., № 2022114888; заявлено 02.06.2022 г.

143. Wu, Y., Cao G. Ferroelectric and dielectric properties of Strontium Bismuth Niobate Vanadates // Journal of Materials Research. - 2000. - Vol. 15. - N. 7. - P. 1583-1590.

144. Hooker M. W. Properties of PZT-Based Piezoelectric Ceramics Between -150 and 250 C // NASA Lockheed Martin Engineering & Sciences Co. - Режим доступа: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/19980236888/downloads/19980236888.pdf.

145. Okaz, A. M., El-Osairy M., Kassem M. E., Hamed A. E. The influence of L-a-alanine admixture, rejuvenation process, and electric field on the electrical conductivity of TGS crystals // Phase Transitions: A Multinational Journal. - 1989. - Vol. 18. - N. 1-2. - P. 35-42.

146. Cook jr W. R. Piezoelectric, Pyroelectric, and Related Constants // Heidelberg: SpringerVerlag Berlin, 1994; ed. by D. F. Nelson. - P. 543. - ISBN: 978-3-540-55065-5.

147. Мухин К. Н. Экспериментальная ядерная физика // СПб.: Лань, 2008. - Т. 1. - С.384.

148. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок // Москва: Мир, 1989. - с. 344.

149. Liu S. T., Maciolek R. B. Rare-earth-modified Sr0.5Ba0.5Nb206, ferroelectric crystals and their applications as infrared detectors // Journal of Electronic Materials - 1975. - Vol. 4. - N. 1. - P. 91.

150. Alexandru H. V. R. B. Doped TGS crystals for IR detection and sensors // Sensors Actuators A: Phys. - 2004. - Vol. 113. - N. 3. - P. 387.

151. Tiller W. A. The Science of Crystallization Macroscopic Phenomena and Defect Generation // California: Cambridge University Press, 1992. - P. 520. - ISBN: 978-0521388283.

152. Yarlagadda S. et al. Low Temperature Thermal Conductivity, Heat Capacity, and Heat Generation of PZT // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. - 1995. - Vol. 6. - N. 6. -P. 757-764.

153. Ouyang J. Enhanced Piezoelectric Performance of Printed PZT Films on Low Temperature Substrates // Rochester Institute of Technology. - 2017. - Режим доступа: https://scholarworks.rit.edu/theses/9586/.

154. Germer, T. A., Germer T. A., Zwinkels J. C., Tsai B. K. Spectrophotometry: Accurate Measurement of Optical Properties of Materials // Amsterdam: Academic Press, 2014. - Vol. 46. - P. 533. - ISBN: 978-0123860224.

155. Si-Silcon // Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе. - Режим доступа: http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Si/thermal.html.

156. Silica - Silicon Dioxide (SiO2) // AZO Materials. - Режим доступа: https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=1114.

157. Materials Technical data // Piezo.com. - Режим доступа: https://info.piezo.com/hubfs/Data-Sheets/piezo-material-properties-data-sheet-20201112.pdf.

158. Bertke M. et al. Strategy toward Miniaturized, Self-out-Readable Resonant Cantilever and Integrated Electrostatic Microchannel Separator for Highly Sensitive Airborne Nanoparticle Detection // Sensors. - 2019. - Vol. 19. - N. 4. - P.901.

159. Satyanarayan P. et al. Enhanced energy harvesting in commercial ferroelectric materials / P. Satyanarayan // Mater. Res. Express. - 2014. - Vol. 1. - N. 2. - P. 025504.

160. Фтористый Барий. Оптика из BaF2, BaF2 линзы, окна на заказ // Alkor crystal optics. -Режим доступа: https://www.alkor.net/alkorru/BaF21.html.

161. Турыгин, И. А. Прикладная оптика // Москва: Машиностроение,1965 - c. 357.

162. BaF2 (Barium Fluoride) // Tydex LLC. - Режим доступа: http://www.tydexoptics.com/ru/materials/for_transmission_optics/baf2/.

Патент на изобретение «Одноканальный двухспектральный приемник изображений объектов, излучающих в ультрафиолетовом дипазоне»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патент на изобретение «Фотокатод»

Патент на изобретение «Фотокатод для одноканального двухспектрального эмиссионного

приемника УФ изображений»

Программа для расчёта пространственных распределений электрических полей и потенциалов для произвольной геометрии, и траекторий фотоэлектронов

В процессе написания кандидатской диссертации было разработано программное обеспечение на языке программирования Python, с использованием библиотек Numba, Numpy, Scipy, Matplotlib. Программное обеспечение позволяет рассчитывать методом конечных разностей пространственные распределения потенциала и электрического поля для произвольной геометрии. На основе полученных распределений потенциала и поля, программа позволяет рассчитать в изделии траектории фотоэлектронов и динамику процессов умножения в усилителях потока электронов. Универсальность программы позволяет использовать её для расчётов планарных усилителей терагерцовых схем.