Разработка многоспектральных многоэлементных приёмников излучения с применением алмаза в качестве основы ультрафиолетовых спектральных каналов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Шепелев Валерий Андреевич

• Шепелев Валерий Андреевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Шепелев Валерий Андреевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР МНОГОСПЕКТРАЛЬНЫХ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ПРИЁМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ

1.1 Способы выделения спектральных диапазонов в

многоспектральных оптико-электронных системах с

матричными многоэлементными приёмниками излучения

1.2 Конструкции фотоприёмников

1.3 Материалы фотоприёмников, используемые в УФ, видимом и

ИК спектральных диапазонах

1.4 Технология создания двух и многоспектральных фотоприёмных устройств

2 КОНСТРУКЦИЯ АЛМАЗНЫХ ФОТОПРИЁМНИКОВ

2.1 Конструкция «сэндвичных» одноэлементных фотоприёмников

2.2 Конструкция «сквозных» одноэлементных фотоприёмников

2.3 Конструкция многоэлементных приёмников излучения

2.3.1 Модель МПИ

2.3.2 Компьютерная модель МПИ

2.3.3 Конструкция МПИ

2.4 Конструкция многоспектральных МПИ

2.4.1 Численная модель, описывающая дифракцию излучения в

многоспектральном МПИ

2.5 Выводы к главе

3 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АЛМАЗНЫХ ФОТОПРИЁМНИКОВ

3.1 Технология создания одноэлементных фотоприёмников

3.2 Технология создания многоэлементных приёмников

излучения

3.3 Технология создания многоспектральных МПИ

3.3.1 Модификация поверхности многоспектрального МПИ за счёт вытравливания углублений

3.3.2 Модификация многоспектрального МПИ за счёт создания элементов графитизации

3.4 Выводы к главе

4 ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ АЛМАЗНЫХ ФОТОПРИЁМНИКОВ

4.1 Исследования «сэндвичных» одноэлементных фотоприёмников

4.2 Исследования «сквозных» одноэлементных фотоприёмников

4.3 Исследования многоспектральных МПИ

4.4 Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

Список собственных публикаций по теме диссертации

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПАТЕНТЫ И АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

Список сокращений

АЦП - аналого-цифровой преобразователь; ВУФ - вакуумный ультрафиолет; ИК - инфракрасный;

КМОП - комплиментарная структура металл-оксид-полупроводник; КРТ - кадмий-ртуть-телур;

МКЦП - межведомственная комплексная целевая программа;

МЛЕ - молекулярно-лучевая эпитаксия;

МПИ - многоэлементный приёмник излучения;

НИР - научно-исследовательская работа;

ООО - общество с ограниченной ответственностью;

ОЭС - оптико-электронная система.

СВАХ - спектрально-вольт-амперная характеристика;

СКЯ - структура с квантовыми ямами;

УФ - ультрафиолетовый;

ФЦП - федеральная целевая программа;

ЧС - чрезвычайная ситуация.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка многоспектральных многоэлементных приёмников излучения с применением алмаза в качестве основы ультрафиолетовых спектральных каналов»

Введение

Диссертационная работа посвящена проблеме создания многоспектральных многоэлементных приёмников излучения (МПИ) с применением объёмных пластин монокристаллического алмаза в качестве основы спектральных каналов УФ диапазона.

Актуальность темы: Актуальность разработки многоспектральных оптико-электронных систем (ОЭС), в которых один из спектральных каналов обладал бы чувствительностью к излучению в УФ спектральном диапазоне, а другой канал в видимой или ИК области спектра, обусловлена необходимостью широкого их применения в таких областях, как космические исследования, нанолитография, военная техника, медицина, мониторинг ЧС и др. [1-7].

В настоящее время развитие многоспектральных ОЭС характеризуется динамичным совершенствованием элементной базы, а в частности - развитием МПИ, которые позволяют ОЭС осуществлять «смотрящий» режим работы. При этом создаются интегрированные системы, в которых МПИ объединён с системой обработки информации [8,9]. Такая интеграция позволяет решать различные задачи обнаружения, сопровождения и наведения, связанные с выделением полезных оптических сигналов на фоне посторонних помех, что достигается, в том числе, увеличением числа спектральных каналов в МПИ - т.е. созданием многоспектральных МПИ [9].

Известны многочисленные примеры многоспектральных МПИ, работающих, в основном, в видимом и ИК диапазонах спектра [10]. Основным материалом, необходимым для изготовления таких приборов, является, как правило, кремний, что связано с развитием технологий его использования и обработки для создания фотоприёмников и микросхем, необходимых для обработки сигналов.

Но, в данное время отсутствуют серийные твердотельные МПИ, использующие для регистрации информации, наряду с видимым или ИК диапазоном, УФ диапазон спектра. Это существенно замедляет прогресс во многих научных и технических областях.

В то же время усиленно идёт поиск других, альтернативных полупроводниковых материалов для твердотельных электронных приборов. особое внимание учёными уделяется алмазу, который благодаря своим уникальным свойствам позиционируется как «материал XXI века» [11].

Для приборостроения алмаз представляет интерес благодаря таким своим преимуществам, как: большая ширина запрещённой зоны [11,12]; высокая прочность и химическая инертность [13-15]; малое время жизни носителей заряда и их высокая подвижность [12,16-18]; высокая электрическая прочность; высокое темновое сопротивление [19]; высокая температурная и радиационная стойкость [20-22]. Среди преимуществ алмаза выделяется спектральный диапазон изготавливаемых на его основе фотоприёмников, который не выходит за длинноволновую границу области так называемого диапазона УФ-С - 280 нм, но может быть расширен в область вакуумного ультрафиолета (ВУФ) [1,23,24].

Возможность изготовления фотоприёмников УФ диапазона на основе алмаза позволяет использовать его в качестве основы спектральных каналов УФ диапазона при создании многоспектральных МПИ. Это может быть достигнуто при интеграции алмазной фотоприёмной матрицы с другими элементами конструкции МПИ, которые обеспечивают функционирование других спектральных каналов и обработку сигналов. Эти элементы конструкции могут быть изготовлены на основе кремния. Однако, такое совмещение элементов конструкции из алмаза и кремния может позволить многоспектральным МПИ получить существенное преимущество перед кремниевыми аналогами, обусловленное свойствами алмаза, которые позволяют ОЭС, в которых может быть применён такой МПИ, обходиться без специальных светофильтров, накладывающих дополнительные конструкционные сложности и частично подавляющих УФ излучение.

Таким образом, при изготовлении многоспектральных МПИ, содержащих спектральные каналы УФ диапазона, актуальным является использование и развитие наработок по созданию на основе алмаза фотоприёмников УФ диапазона

спектра, в том числе тех, в которых использована интеграция алмазных и кремниевых элементов конструкции.

Целью диссертационной работы являлось теоретическое и экспериментальное исследование многоспектральных многоэлементных приёмников излучения, регистрирующих одновременно как УФ излучение, так и излучение более длинноволновых диапазонов спектра, включая разработку конструкции, выбор технологических процессов изготовления, а также создание и экспериментальное исследование первых образцов данных приёмников.

Для достижения названной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Изучить возможность создания многоспектральных многоэлементных приёмников излучения на основе разработки созданных в ООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест» приёмников излучения.

2. Разработать конструкцию многоспектральных многоэлементных приёмников излучения, в которой алмаз является основой спектральных каналов УФ диапазона.

3. Адаптировать технологию изготовления алмазных приёмников излучения для изготовления многоспектральных приёмников излучения.

4. Изготовить и экспериментально исследовать полученные образцы многоспектральных многоэлементных приёмников излучения.

Связь работы с государственными программами и НИР. Работа по теме диссертации выполнялась в рамках следующих государственных программ:

• ФЦП «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники» на 2008 - 2015 гг.;

• ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического развития России на 2007 - 2013 годы»;

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Впервые разработаны основы конструкции, развита технология и созданы первые образцы двухспектральных многоэлементных приёмников излучения с использованием алмаза в качестве основы спектрального канала УФ диапазона.

2. Впервые продемонстрирована возможность функционирования многоспектральных многоэлементных приёмников излучения, в которых алмаз является основой спектральных каналов УФ диапазона, при регистрации пространственного распределения освещённости изготовленных образцов УФ излучением.

3. Показано, что применение технологии создания «сэндвичных» одноэлементных фотоприёмников является перспективной основой для создания многоспектральных фотоприёмников за счёт возможности управления количеством спектральных каналов в многоэлементных аналогах данных приборов.

4. Установлено, что при разработке многоспектральных многоэлементных приёмников излучения необходимо учитывать влияние дифракционных эффектов, обусловленных конструкцией слоёв их структуры, на эффективность их работы.

5. Разработан и предложен наглядный информативный метод выявления характерного долевого вклада различных физических процессов в образование фотосигнала в алмазных фотоприёмниках, основанный на нормировании результатов измерений спектров фоточувствительности при различных напряжениях смещения на спектр фоточувствительности при максимальном напряжении.

Практическая значимость работы.

Разработана конструкция и технология изготовления многоспектрального многоэлементного приёмника излучения, содержащего алмазную пластину в качестве основы УФ спектрального канала и кремниевый мультиплексор (схему считывания). Алмаз обеспечивает УФ спектральному каналу чувствительность в т.н. «солнечно-слепом» спектральном диапазоне УФ-С - 200-280 нм.

данная разработка позволяет изготавливать эти приёмники излучения и приборы на их основе. Так, модуль многоэлементный (ИЛУЮ.203319.008.03) может изготавливаться с помощью разработанной конструкторской документации в рамках НИР в ООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест».

Проведённые в ходе настоящей работы расчёты интенсивности излучения, проходящего через алмазную пластину многоспектрального многоэлементного приёмника излучения, показали, что дифракционные эффекты в ней существенным образом влияют на работу такого прибора. Из этого следует вывод, что при моделировании работы ОЭС на основе многоспектральных многоэлементных приёмников излучения необходимо рассматривать её конструкцию в комплексе, т.е. не разделяя её на оптическую и электронные подсистемы, в отличие от того, как это рассматривается в существующих методических трудах.

Существенное влияние дифракционных эффектов на характеристики фотоприёмников также даёт возможность разделять спектральные каналы в них с помощью электродов, поглощающих излучение и изменяющих его волновой фронт.

Экспериментально изучены спектры фоточувствительности алмазных одноэлементных фотоприёмников, рассматриваемых в качестве макетов пикселов их многоэлементных аналогов. При этом были изучены зависимости формы этих спектров от величины приложенного напряжения смещения. Помимо настоящей диссертационной работы, данные исследования были использованы в других работах, выполняемых в рамках государственных программ - «Федеральная космическая программа» 2006 - 2015 гг.; ФЦП «Национальная технологическая база» на 2007 - 2011 гг.; МКЦП «Датчики ВВТ», согласно гособоронзаказу на 2005 - 2010 гг.; ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического развития России на 2014 - 2020 годы».

Эти работы были посвящены изготовлению на основе алмазных приёмников УФ излучения «солнечно-слепых» фотоприёмных модулей, а также устройств, используемых для бесконтактного анализа многокомпонентных смесей. При этом дополнительно к настоящей работе были опубликованы статьи, получены патенты и проведены доклады на международных конференциях.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Выявленная при исследованиях «сэндвичных» одноэлементных фотоприёмников возможность управления формой спектра фоточувствительности за счёт варьирования напряжением смещения дает возможность увеличивать количество спектральных каналов в многоэлементных аналогах данных приборов, что помогает рассматривать их в качестве основы для многоспектральных фотоприёмников.

2. Предложенный наглядный метод исследования физических процессов в одноэлементных алмазных фотоприёмниках позволяет выявить характерный долевой вклад различных физических процессов в образование фотосигнала. Данный метод основан на анализе спектров фоточувствительности, измеренных при различных напряжениях смещения и нормированных на спектр фоточувствительности при максимальном приложенном напряжении.

3. Дифракционные эффекты в многоспектральном многоэлементном приёмнике излучения существенным образом влияют на его эффективность. Имеются оптимальные значения толщины алмазного слоя данного прибора и длины волны падающего излучения в диапазонах 100 - 300 мкм и 0,5 - 3 мкм соответственно для относительно эффективной работы пикселов. Неучёт эффектов дифракции при разработке прибора может существенно понизить эффективность приёма излучения.

4. Разработанное изделие, состоящее из мультиплексора (интегральной схемы считывания) и алмазной фотоприёмной матрицы, является многоспектральным многоэлементным приёмником излучения с УФ спектральным каналом на основе алмаза.

Апробация результатов работы: Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

• Х Научно-техническая конференция «Молодёжь в науке» (Саров, 2011);

• The 21th annual International Conference on Advanced Laser Technologies «ALT'13» (Budva, Montenegro, 2013);

• XXIII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, 2014);

rd

• 3 International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures «Saint Petersburg OPEN» (Санкт-Петербург, 2016);

• International Conference on Particle Physics and Astrophysics (Москва, 2016);

• XXV Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, 2018);

• XI международная конференция «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве» (Тирасполь, 2019).

Публикации. Результаты диссертационной работы изложены в 13 публикациях (из них 12 в ведущих рецензируемых научных журналах, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук, включая 3 публикации, входящие в базы данных международных систем цитирования Scopus и/или Web of science, и в бюллетенях патентов).

Личный вклад автора. Результаты, представленные в настоящей диссертационной работе, были получены автором лично, либо при его определяющем участии. Постановка задач и интерпретация результатов осуществлялись совместно с научным руководителем, а также соавторами публикаций.

1 Обзор многоспектральных многоэлементных приёмников излучения

1.1 Способы выделения спектральных диапазонов в многоспектральных оптико-электронных системах с матричными многоэлементными приёмниками излучения

Одним из распространённых признаков классификации многоспектральных оптико-электронных систем (ОЭС) является принцип действия системы. Принцип действия каждой многоспектральной ОЭС характеризуется функциональным назначением тех элементов системы, в которых осуществляется разделение на спектральные каналы, обуславливая её многоспектральность. В зависимости от конкретного функционального назначения таких элементов, для каждого принципа действия ОЭС характерна собственная схема выделения спектральных диапазонов (рисунок 1.1). Таким образом, уместно разделение многоспектральных ОЭС на отдельные типы по схеме выделения спектральных диапазонов [9].

Простейший пример построения многоспектральных ОЭС заключается в механическом объединении двух и более автономных ОЭС (рисунок 1.1,а), каждая из которых имеет отдельную оптическую систему и многоэлементный приёмник излучения (МПИ), обеспечивающие работу в отдельных спектральных диапазонах. В таких системах может быть обеспечено высокое пространственное разрешение, близкое к предельному. Высокое пространственное разрешение в данных системах обеспечивается, например, за счёт раздельной хроматической коррекции элементов отдельных оптических систем, обеспечивающих работу в отдельных спектральных каналах.

а)

в)

б) г)

Рисунок 1.1 - Схемы разделения спектральных диапазонов в многоспектральных ОЭС: а - с автономными спектральными каналами; б - с переключением спектральных каналов за счёт смены оптического фильтра; в - с разделением светового пучка на автономные спектральные каналы спектроделителями; г -с разделением спектральных каналов в многоспектральным МПИ; 1 - объектив; 2 - узкополосный оптический фильтр; 3 - односпектральный МПИ; 4 - спектроделитель; 5 - обойма сменных узкополосных оптических фильтров, 6 - широкополосный оптический фильтр; 7 - многоспектральный

МПИ.

Также известен тип многоспектральных ОЭС, в которых возможность использования двух или большего количества спектральных диапазонов обеспечивается использованием соответствующего количества фильтров (рисунок 1,б) в обойме сменных оптических фильтров. Возможность переключения спектральных каналов в такой ОЭС предполагает наличие подвижных деталей в обойме фильтров, что является недостатком данного типа ОЭС. Наличие подвижных деталей не только усложняет конструкцию, уменьшает надёжность и увеличивает стоимость, но также значительно разделяет во времени работу различных спектральных каналов. Разделение моментов времени использования различных сменных оптических фильтров (спектральных каналов системы) приводит не только к временному сдвигу регистрируемых изображений разных спектральных диапазонов, но также и к пространственному сдвигу в случае нестационарности сцены.

Также можно выделить тип многоспектральных ОЭС, в которых спектральная многоканальность обеспечивается разделением входного светового пучка спектроделиделями (рисунок 1.1 ,в) на пучки света с соответствующими спектральными диапазонами излучения. Используемые в такой ОЭС спектроделители (спектроделитель) геометрически делят оптическую систему на автономные оптические подсистемы, аналогичные изображённым на рисунке 1.1,а.

Для схем с раздельными объективами (рисунке 1.1,а,в) характерны относительно большие габариты, необходимость иметь большое количество компонентов, а также сложность сборки и юстировки. Также резко возникают трудности конструирования таких ОЭС, если возникает необходимость, например, в обеспечении возможности поддерживать температурный режим МПИ.

Из всех основных типов многоэлементных ОЭС следует выделить ОЭС с общей для всех спектральных каналов оптической системой и с многоспектральным МПИ (рисунке 1.1,г), в котором происходит раздельная регистрация сигналов в различных спектральных диапазонах. ОЭС данного типа

не обладают основными и описанными выше недостатками иных систем (рисунок 1.1 ,а-в) благодаря максимально уменьшенному количеству элементов оптической системы и отсутствию подвижных элементов оптической системы. Уменьшенная стоимость упрощенной оптической системы делает относительно сильной зависимость стоимости всей ОЭС данного типа от стоимости применяемого многоспектрального МПИ, делая актуальной его разработку и совершенствование. Недостатком системы с многоспектральным МПИ в сравнении с ОЭС, в которых применяются отдельные узкополосные оптические фильтры (рисунок 1.1,а-в), является сложность управления шириной и расположением спектральных диапазонов. Этот недостаток также подчёркивает актуальность разработки многоспектрального МПИ, работающим в заданных спектральных диапазонах и совершенствования возможностей управления спектральными характеристиками фоточувствительности отдельных каналов данного МПИ.

1.2 Конструкции фотоприёмников

Разделение рабочих спектральных диапазонов в многоспектральном МПИ может осуществляться различными способами, что обуславливает различные варианты конструкции МПИ. Возможно разделение площади фоточувствительного слоя приёмника на отдельные участки, относящиеся к различным спектральным каналам. В настоящее время разделение на отдельные спектральные каналы в двухспектральных МПИ выполняется, как правило, «по глубине», то есть с помощью слоистых структур, отдельные слои которых регистрируют и пропускают излучение в различных спектральных диапазонах [9].

Значительное влияние на геометрическое расположение отдельных фоточувствительных участков МПИ оказывают конструкции схем управления и считывания сигнала (например, мультиплексоров), интегрированных с данными МПИ. Интегрирование многослойного МПИ с мультиплексором позволяет выделить единое изделие, многоспектральный МПИ со встроенным мультиплексором, и изготавливать данное изделие в виде единой конструкции. Зачастую, в таком изделии фоточувствительные участки различных слоёв

разделены не только «по глубине», но также и «по площади», чередуясь между собой.

При рассмотрении последних достижений в области построения датчиков, например, ИК излучения, во всеобщем понимании выделяется так называемое «3-е поколение» ИК систем. ИК системам 3-го поколения свойственны такие преимущества по сравнению с более ранними ИК системами как большое число пикселов, высокая скорость смены кадров, высокое температурное разрешение, а также микросхемные функции обработки сигналов, в том числе и многоспектральность [8]. Среди двухспектральных матричных приёмников ИК излучения 3-го поколения наиболее значительными успехами выделяются матричные приёмники на базе тройного соединения кадмий-ртуть-теллур (КРТ) и структур с квантовыми ямами (СКЯ).

Тройное соединение КРТ привлекает внимание разработчиков фотоприёмников благодаря следующим известным свойствам фотоприёмников на базе КРТ:

- рабочий диапазон может быть достаточно широким, и его границы при различных относительных долях теллура могут лежать в пределах 1-30 мкм;

- высокая квантовая эффективность, обеспеченная соответствующими оптическими свойствами в рабочем диапазоне;

- большие времена жизни носителей и высокая рабочая температура, что связано с характерными механизмами рекомбинации.

Технология формирования и принципы работы многоэлементных двухспектральных фотоприёмников на основе КРТ таких известных производителей как, например, Raytheon, BAE Systems, Leti и Rockwell обусловили характерные конструктивные особенности фотоприёмных матриц. Единичная ячейка многоспектральной матрицы может состоять из нескольких пикселов, каждый из которых работает в отдельном спектральном диапазоне, либо из одного пиксела, переключение рабочих диапазонов в котором осуществляется инвертированием приложенного напряжения смещения. Фотоприёмная матрица представляет собой многослойную структуру, в которой

передний по отношению к падающему излучению слой поглощает коротковолновое излучение, пропуская длинноволновое излучение к следующему слою.

Различные варианты двухспектральных фотоприёмных матричных структур изображены на рисунках 1.2,1.3 в виде схематических изображений поперечного сечения и внешнего вида фотоприёмных ячеек [8]. На данных рисунках представлены различные конструктивные вариации с использованием p-n переходов в полупроводниковой структуре матрицы. Принцип работы данных структур связан со свойствами встроенных фотодиодов, каждый из которых чувствителен к поглощённому излучению лишь при подаче обратного напряжения смещения. При подаче прямого смещения фототок в диоде шунтируется инжекцией неосновных носителей. Также в качестве общих конструктивных особенностей изображенных на рисунках 1.2,1.3 матриц следует отметить использование прозрачной подложки на основе CdZnTe в качестве входного оптического окна и пассивирующего слоя и наличие контактных столбиков, служащих для интеграции со схемой считывания.

Простейший и первый из опубликованных матричных фотоприёмников на основе КРТ (см. рисунок 1.2а) создан в компании Raytheon и представляет собой матричную структуру пикселов с парой последовательно соединённых встречно -включённых фотодиодов в каждом пикселе [25]. Фотодиоды в каждой из данных пар работают в различных спектральных диапазонах и лишь при определённой полярности приложенного напряжения смещения. Таким образом, каждый пиксел данной матрицы работает в одном из рабочих спектральных диапазонов при определённой полярности приложенного напряжения. Переключение спектральных каналов осуществляется переключением полярности данного напряжения.

а)

б)

в)

Рисунок 1.2 - Схематические изображения и внешние виды двухспектральных фотоприёмных матричных структур различных вариантов на базе КРТ [8,25-30]. Падающие излучение коротковолнового и длинноволнового диапазонов обозначены как КВ и ДВ соответственно.

а)

б)

в)

Рисунок 1.3 - Схематические изображения и внешние виды двухспектральных фотоприёмных матричных структур различных вариантов на базе КРТ [8,26-30]. Падающие излучение коротковолнового и длинноволнового диапазонов обозначены как КВ и ДВ соответственно.

Помимо работающих при последовательном детектировании различных спектральных диапазонов фотоприёмных матриц (рисунок 1.2а), было разработано в компании же Raytheon и в других компаниях множество типов матричных структур, предполагающих параллельное детектирование данных диапазонов (см. рисунки 1.2б,в,1.3а-в) [26-30]. Конструктивные особенности матричных структур данных типов могут заключаться в наличии углублений с задней стороны по отношению к падающему излучению и дополнительной металлизации, как показано на рисунках 1.2б,в,1.3б,в. Данные особенности не существенны при интеграции матриц с интегральными схемами считывания в связи с подобранными периодически расположенными контактными столбиками, через которые осуществляется соединение со схемами считывания.

Существенной особенностью принципа работы некоторых матричных структур (рисунки 1.2б,в,1.3а) является использование упомянутого ранее (рисунок 1.2а) принципа встречно-включённых фотодиодов, поглощающих излучение в разных спектральных диапазонах, для спектрального канала длинноволнового диапазона. По аналогии с первой структурой матрицы на базе КРТ в данном случае возможно использование спектрального канала длинноволнового диапазона для регистрации в коротковолновом диапазоне при соответствующей подаче внешнего напряжения. Однако такие универсальные структуры должны обладать существенным недостатком при использовании фотоприёмных матриц по их прямому назначению. Рабочее внешнее напряжение, одинаковое для всех каналов матрицы при параллельном режиме, является прямым для фотодиода, предназначенного для регистрации коротковолнового излучения. В результате, в коротковолновом спектральном канале должен присутствовать большой темновой ток, обусловленный инжекцией неосновных носителей в диоде. Данный факт связан с однородностью передних по отношению к падающему излучению фоточувствительных слоёв для всех матричных структур, изображённых на рисунки 1.2,1.3. Однородность данных слоёв означает единство направленности всех передних диодов в каждой матричной структуре.

Особо выделяются структуры фотоприёмных матриц на основе КРТ, представленные на рисунок 1.3б,в. Имплантация примесей на разных глубинах матричной пластины позволяет создавать фотодиоды одной направленности в различных слоях структуры, поглощающих излучение в различных спектральных диапазонах. При определённой полярности внешнего напряжения все данные фотодиоды работают при обратном смещении и, соответственно, с относительно малыми шумами.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шепелев Валерий Андреевич, 2021 год

Литература

1. BenMoussa, A. Diamond detectors for LYRA, the solar VUV radiometer on board PROBA2 / A. BenMoussa, J.F. Hochedez, U. Schuhle [et al.] // Diamond and Related Materials. - 2006. - №15. - p. 802-806.

2. Denisenko, A. Diamond power devices. Concepts and limits / A. Denisenko, E. Kohn // Diamond and Related Materials. - 2005. - №14. - p. 491-498.

3. Sankin, V.I. Silicon carbide ultraviolet photodetectors and their application in ecological monitoring / V.I. Sankin, V.P. Chelibanov // Phys. Stat. sol. A. - 2001. -Vol. 185, № 1. - p. 153-158.

4. Paul, N.D. Ecological roles of solar UV radiation: towards an integrated approach / N.D. Paul, D. Gwynn-Jones // Trends in Ecology & Evolution. - 2003. - Vol.18, № 1. -p. 48-55.

5. Gorka, B. Design and characterization of a tissue-equivalent CVD-diamond detector for clinical dosimetry in high-energy photon beams / B. Gorka, B. Nilsson, R. Svensson [et al.]// Physica Medica. - 2008. - № 24. - p.159-168.

6. Gorokhov, E.V. Solar-Blind UV Flame Detector Based on Natural Diamond / E.V. Gorokhov, Magunov A.N., V.S. Feshchenko, A.A. Altukhov // Instr. and Exp. Tech. -2008. - №51. - p. 280-283.

7. Coffey, V.C. Military program develops novel UV sources / V.C. Coffey // Laser Focus World. - 2009. - Vol.45, № 7. - p. 143-145.

8. Rogalski, A. Recent progress in infrared detector technologies / A. Rogalski // Infrared physics & technology. - 2011.- Vol. 54. - p. 136-154.

9. Тарасов В.В. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приёмниками излучения / В.В.Тарасов, Ю.Г. Якушенков. - М.: Университетская книга; Логос, 2007.- 192 с.

10.Тарасов В.В. Инфракрасные системы «смотрящего» типа / В.В.Тарасов, Ю.Г. Якушенков. - М.: Логос, 2004.- 444 с.

11.Квасков, В.Б. Природные алмазы России / В.Б. Квасков, М.:Полярон, 1997. -303 с.

12.Shirafuji, J. Electrical properties of diamond surfaces / J. Shirafuji, T.Sugino // Diamond and Related Materials. - 1996. - Vol. 5. - p. 706-713.

13.Mc'Scimin, H.I. Elastic moduli of diamond / H.I. Mc'Scimin, W.L. Bond // Phys. Review. - 1957. - Ю5, N1. - p. 116-120.

14. Nelson, A. The compressive strength of perfect diamond A. Nelson, A.L. Ruoff // I.Appl.Phys. - 1979. - №4. - p.2763-2764.

15. Field, I.E. Strength testing of diamond / I.E.Field, H.M.Hauser, I.M.Hut-chings [et al.] // Ind. Diamond Rev. - 1974. - N7. - p.255-259.

16.Nesladek, Milos Charge transport in high mobility single crystal diamond / Milos Nesladek, Anna Bogdan, Wim Deferme [et al.] // Diamond and Related Materials/ -2008. - Vol. 17, Issues 7-10. - p. 1235-1240.

17.Плесков, Ю.В. Сравнение подвижности равновесных и неравновесных носителей заряда в пленках поликристаллического синтетического алмаза и аморфного алмазоподобного углерода / Ю.В. Плесков, А.Р. Тамеев, В.П. Варнин и др.// ФТП. - 1997. - т. 31, №9. - С. 1142-1145.

18. Optical Engineering of Diamond / by edited Rich P. Mildren, James R. Rabeau, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. - 2013. - 446 p.

19. Dr. Beck, Chris Diamond - Chemically Vapour Deposited Diamond / Dr. Chris Beck and Dr. Mahsood Ahmed //Materials World. - 1998. - Vol. 6, № 2. - p. 81-83.

20. WODNIAK, I. CVD diamond detectors for fast alpha particles escaping from the tokamak D-T plasma / I.Wodniak, K. Drozdowicz, J. Dankowski at all. // NUKLEONIKA. - 2011. - Vol.56. - p.143-147.

21.Wallny, R. Status of diamond detectors and their high energy physics application / R.Wallny // Nucl. Instrum. Meth. - 2007. - A582. - p. 824-828.

22. De Boer, W. Radiation hardness of diamond and silicon sensors compared / W. de Boer, J. Bol, A. Furgeri1 [et al.]// Phys. stat. sol. (a). - 2007. - Vol. 204, №9. - p. 30043010.

23.BenMoussa, A. Solar blind diamond detectors for LYRA, the solar VUV radiometer on board PROBA II / A. BenMoussa, J.F. Hochedez, W.K. Schmuts [et. al.] // Experimental astronomy.- 2003.- №16.- p.141-146.

24.BenMoussa, A. PIN diamond detector development for LYRA, the solar VUV radiometer on board PROBA II / A. BenMoussa, U. Schuhle, K. Haenen [et. al.] // Phys. Stat. Sol.- 2004.- Vol 201, №11.- p.2536-2541.

25.J.A. Wilson, E.A. Patten, G.R. Chapman, K. Kosai, B. Baumgratz, P. Goetz, S. Tighe, R. Risser, R. Herald, W.A. Radford, T. Tung, W.A. Terre, Proc. SPIE 2274 (1994) 117-125.

26.R.D. Rajavel, D.M. Jamba, J.E. Jensen, O.K. Wu, J.A. Wilson, J.L. Johnson, E.A. Patten, K. Kasai, P.M. Goetz, S.M. Johnson, J. Electron. Mater. 27 (1998) 747- 751.

27.M.B. Reine, A. Hairston, P. O'Dette, S.P. Tobin, F.T.J. Smith, B.L. Musicant, P. Mitra, F.C. Case, Proc. SPIE 3379 (1998) 200-212.

28.J.P. Zanatta, P. Ferret, R. Loyer, G. Petroz, S. Cremer, J.P. Chamonal, P. Bouchut, A. Million, G. Destefanis, Proc. SPIE 4130 (2000) 441-451.

29.W.E. Tennant, M. Thomas, L.J. Kozlowski, W.V. McLevige, D.D. Edwall, M. Zandian, K. Spariosu, G. Hildebrandt, V. Gil, P. Ely, M. Muzilla, A. Stoltz, J.H. Dinan, J. Electron. Mater. 30 (2001) 590-594.

30.G. Destefanis, J. Baylet, P. Ballet, P. Castelein, F. Rothan, O. Gravrand, J. Rothman, J.P. Chamonal, Million, J. Electron. Mater. 36 (2007) 1031-1044.

31.Филачёв А.М. Твердотельная фотоэлектроника. Фоторезисторы и фотоприёмные устройства / А.М.Филачёв, И.И. Таубкин, М.А. Тришенков.- М.: Физматкнига; 2012.- 368 с. ISBN 978-5-89155-210-4.

32.J.A. Robo, E. Costard, J.P. Truffer, A. Nedelcu, X. Marcadet, P. Bois, Proc. SPIE 7298 (2009). 72980F-1-12.

33.Costard, E. QWIP Status at THALES / E. Costard, A. Nedelcu, J.P. Truffer [et al.] // Infrared physics & technology.- 2009.- Vol. 52, №6.- p. 353-360. 34.Steenbergen, E.H. Effects of varying light bias on an optically-addressed two-terminal multicolor photodetector / E.H. Steenbergen, M.J. DiNezza, W.H.G. Dettlaff [et al.] // Infrared physics & technology.- 2011.- Vol. 54.- p. 292-295.

35. Hwang, J.D. Voltage-tunable dual-band infrared photodetectors with Si/SiGe metal-semiconductor-metal heterostructure / J.D. Hwang, K.H. Hseih. // Microelectronic Engineering.- 2008.- Vol. 85.- p. 2266-2268.

36.Khoshakhlagh, A. Bias dependent dual band response from InAs/Ga(In)Sb type II strain layer superlattice detectors / A. Khoshakhlagh, J. B. Rodriguez, E. Plis [et al.] // Applied Physics Letters.- 2007.- Vol. 91.- p. 263504.

37.Sze, S.M. Physics of semiconductor devices / S.M. Sze, K.Ng. Kwok. // - John Wiley & Sons, 2007.- 764 p. ISBN: 9780470068328. DOI: 10.1002/0470068329.

38.Вавилов, В.С. Особенности физики широкозонных полупроводников и их практических применений / В.С. Вавилов // УФН. - т. 164. - №3 - 1994 г. - С.287-296.

39.Monroy, E. Wide-bandgap semiconductor ultraviolet photodetectors / E. Monroy, F. Omnes, F. Calle. // Semicond. Sci. Technol.- 2003.- Vol. 18.- p. R33-R51.

40.Болтарь, К.О. Твердотельная фотоэлектроника ультрафиолетового диапазона (обзор) /К.О. Болтарь, И.Д. Бурлаков, В.П. Пономаренко [и др.]//Успехи прикладной физики. - 2014. - т.2, №6. - С.623-633.

41.Бурлаков И. Д., Болтарь К. О., Яковлева Н. И. и др. // Успехи прикладной физики.- 2013.- Т.1, №3.- С.344.

42.Болтарь К. О., Бурлаков И. Д., Филачев А. М. и др. // Прикладная физика.-2013.- №6.- С.54.

43.Болтарь К. О., Бурлаков И. Д., Сиднев М. В. и др. // Успехи прикладной физики.- 2013.- Т.1, №2.- С.200.

44. Jung J.H. Fabrication of AlGaN/GaN mishemt with dual-metal gate electrode and its performances / J.H. Jung, M.S. Cho, W.D. Jang, S.H. Lee [et al.] // Applied Physics A: Material Science & Processing - 2020. - Vol.126, №4. - p. 274.

45.Tang L. Review - review of research on AlGaN MOCVD growth / L. Tang, H. Zang, B. Tang, Y. Yang // ECS Journal of Solid State Science and Technology - 2020. - Vol.9, №2. - p. 024009.

46.Charles M. Simple and accurate prediction of AlGaN metal-organic vapor phase epitaxy growth / M. Charles, J. Kanyandekwe, M. Lafossas // Physica status solidi (B): Basic Solid State Physics - 2020. - Vol.257, №4. - p. 1900576.

47. Kim H. Influence of AlN and GaN pulse ratios in thermal atomic layer deposited AlGaN on the electrical prorerties of AlGaN/GaN schottky diodes / H. Kim, S. Choi, B.J. Choi // Coatings - 2020. - Vol.10, №5. - p. 489.

48.Zhu Y. Deep-ultraviolet aperiodic-oscillation emission of AlGaN films / Y. Zhu, W. Zheng, F. Huang, J. Ran // Optics letters - 2020. - Vol.45, №7. - p. 1719-1721.

49. Kim H. Atomic layer deposition of AlGaN on GaN and current transport mechanism in AlGaN/GaN shottky diodes / H. Kim, H.J. Yun, S. Choi, B.J. Choi // Material Transactions - 2020. - Vol.61, №1. - p. 88-93.

50.Qiu X. High-gain AlGaN/GaN visible-blind avalanche heterojunction phototransistors / X. Qiu, Z. Song, L. Sun, Z. Zhang [et al.] // Journal of materials science: Materials in electronics - 2020. - Vol.31, №1. - p. 652-657.

51.Бланк, Т.В. Полупроводниковые фотоэлектропреобразователи для ультрафиолетовой области спектра / Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг// ФТП.- 2003.-т.37, №.9.- С.44.

52.Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг, Е.В. Калинина, О.В. Константинов, А.О. Константинов, A. Hallen. Письма ЖТФ, 27 (18), 43 (2001).

53.Фещенко, В.С. О возможности создания комплексированного интегрального матричного фотоприемника для ИК и УФ диапазонов спектра на основе микроболометров и карбида кремния. / В.С. Фещенко, А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин [и др.]// Известия академии Инженерных Наук им. А.М. Прохорова. -2013. - №3. - С.84 - 88.

54.Лучинин В. Отечественный полупроводниковый карбид кремния: шаг к успеху / В. Лучинин, Ю. Тарасов // Современная электроника. 2009. - № 7. - С. 12-15.

55.Валитова И. В. Микроструктура и фазовый состав нанопленок SnO(x) и SiC(x): Дис. канд. физ-мат. наук. Алматы. 2005. 175 с. РГБ 61:06-1/486.

56. Фещенко, В.С. Физико-технологические принципы разработки и производства алмазных ультрафиолетовых детекторов и приборов на их основе : дис. на соиск. учён. степ. докт. техн. наук : 05.27.01 / Фещенко Валерий Сергеевич ; Московский Технический Университет.- Москва, 2016. 260 с.

57. Соболев, Е.В. Тверже алмаза: очерки / Е.В. Соболев. - Новосибирск: Наука, 1989. - 128 с.

58.Вавилов, В.С. Возможности и ограничения ионной имплантации в алмаз и их сопоставление с другими методами введения электрически активных примесей /

B.С. Вавилов// УФН. - т. 164, №4.- 1994 г. - С.429-433.

59.Aksenova, A.S. The investigation of boron-doped diamond absorbance spectrum / A.S. Aksenova, A.A. Altuhov, E.V. Ryabeva [et al.] // J. Phys.: Conf. Ser..- 2017.-№798.- 012149.

60.Липатов Е.И. Фоточувствительность алмазного детектора к лазерному излучению в диапазоне 220-355 нм. / Е.И. Липатов, А.Н. Панченко, В.Ф. Тарасенко, Дж. Шейн, М. Кришнан // Квантовая электроника.- 31.- №12.- 2001.-

C. 1115-1117.

61.Гуляев, Ю.В. Двухспектральные алмазные гибридные фотоприемники // Ю. В. Гуляев, А.Ю. Митягин, В.С. Фещенко [и др.] / Доклады Академии наук. - 2013. -т. 450, № 4. - С. 401-405.

62.Shepelev, V.A. A 128х128 Pixel Ultraviolet Photodetector Based on a Diamond Sensor // V.A. Shepelev, A.A. Altukhov, A.Yu. Mityagin, N.Kh. Talipov, V.S. Feshchenko / Journal of Communications Technology and Electronics. - 2010. -Vol. 55, № 6. - p.764-768.

63.Шепелев, В.А. Матричный фотоприемник для регистрации изображений в ультрафиолетовой области спектра / В.А. Шепелев, В.С. Фещенко, А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин [и др.]// Датчики и системы. - 2010. - № 1. - С. 50-53.

64.Фещенко, В.С. Многоспектральный фотоприемник на основе алмаза. / В.С. Фещенко, А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин [и др.]// Известия академии Инженерных Наук им. А.М. Прохорова. - 2013. - №3. - С.89-93.

65.Gorokhov, E.V. Solar-Blind UV Flame Detector Based on Natural Diamond / E.V. Gorokhov, Magunov A.N., V.S. Feshchenko, A.A. Altukhov // Instr. and Exp. Tech. -2008. - №51. - p. 280-283.

66.Алтухов, А.А. Алмазные фотоприёмники ультрафиолетового диапазона / А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин, В.С. Фещенко [и др.]// Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2007. - №4. - С. 29-31.

67.Алтухов, А.А. Ультрафиолетовые фотоприемники на основе природных алмазов / А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин, В.С. Фещенко [и др.]// Радиотехника и электроника. - 2007. - т.52, №3. - С.381-384.

68. Кириллов Н.П. Концептуальные модели технических систем с управляемыми состояниями: обзор и анализ / Н.П. Кирилов //Искусственный интеллект и принятие решений. - №4. - 2011. - С. 62-73.

69.Нуждин В.Н. Концептуальное программирование вычислительных моделей // Иваново: ИЭИ, 1985. - 32 с Hubka V., Eder W.E. Theory of Technical Systems // Berlin: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 1988, 278 с.

70. Проектирование оптико-электронных приборов Учебник. Изд. 2-е, перераб. и доп. /Под ред. Ю. Г. Якушенкова. // М.: Логос, 2000, 488 с.

71.V.M. Akimov, K.O. Boltar, L.A. Vasil'eva, S.S. Demidov, N.A. Irodov, and E.A. Klimanov, Prikladnaya fizika, No. 1, 51 (2015). [In Russian]

72.М Борн, Э. Вольф. Основы оптики. 2-е изд. испр. - М.: Наука, 1973. [M. Born and E. Wolf, Principles of Optics, 4th ed. (Pergamon Press, Oxford-London-Edinburgh-New York-Paris, 1968)]

73.Palik D. Handbook of Optical Constants of Solids II. — New York: Academic Press, 1991.

74.Mityagin, A.Yu. UV Photodetectors Based on Natural Diamond / A.Yu. Mityagin, V.S. Feshchenko. - Odessa: Politehperiodika, 2013. - 128 p.

75.Harman G. Wire bonding in microelectronics / G/ Harman // New York etc.A McGraw-Hill Professional. - 2010. -446 p.

76.Акимов, В.М. Модифицированная топология индиевых микроконтактов / В.М. Акимов, К.О. Болтарь, Л.А. Васильева [и др.]// Прикладная физика. - 2015. -№1. - 51-55.

77.Пат. США US 4930001 A, МПК H01L21/60, H01L21/603, H01L23/485, C25D3/48, C25D7/12, C23F1/00 Alloy bonded indium bumps and methods of

processing same [Text]/ Williams Ronald L.: патентообладатель Hughes Aircraft Company. - US 07/327,867; заявл. 23.03.1989; опубл. 29.05.1990. - 9 с. с ил.

78.Пат. США US5186379 A МПК H01L23/485 Indium alloy cold weld bumps [Text]/ Carlyle L., Helber Jr.: патентообладатель Hughes Aircraft Company. - US 07/904,917; заявл. 25.06.1992; опубл. 16.02.1993. - 3 с. с ил.

79.T.V. Kononenko, V.I. Konov, S.M. Pimenov, N.M. Rossukanyi, A.I. Rukovishnikov, and V. Romano, Diamond & Related Materials, 20, 264 (2011).

80. Алтухов, А.А. Спектры фоточувствительности структур на основе природного алмаза // А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин, В.С. Фещенко [и др.]/ Materialy VII mezinarodni vedecko-prakticka conference «Aktualni vymozenosti vedy - 2011». - Dil. 19. Technichke vedy: Praha. Publishing Hause «Education and Science». - P. 57 - 65.

81. Алтухов, А.А. Солнечно-слепые датчики УФ-излучения на основе природного алмаза 2-А типа / А.А. Алтухов, В.С. Фещенко, В.А. Шепелев // Х Научно-техническая конференция «Молодёжь в науке» 1-3 ноября 2011г., г. Саров, Россия, Аннотации докладов// Саров. - 2011. - С.139.

82.Cолнечно-слепые датчики УФ излучения на основе природного алмаза 2а-типа // В.А. Шепелев, А.А.Алтухов, В.С. Фещенко /Сборник докладов X научно-технической конференции «Молодёжь в науке». - г. Саров. - 2011. - С.500-502.

83.ГОСТ 17772-88. Приемники излучения полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик. - Введ.1989-07-01. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 64 с.

84. Алтухов, А.А. Исследование процессов в алмазных датчиках УФ -излучения на основе спектрально-вольтамперных характеристик / А.А. Алтухов, В.С. Фещенко, В.А. Шепелев // Х Научно-техническая конференция «Молодёжь в науке» 1 -3 ноября 2011г., г. Саров, Россия, Аннотации докладов// Саров. - 2011. - С.139.

85. Исследование процессов в алмазных датчиках УФ -излучения на основе спектрально-вольтамперных характеристик // В.А. Шепелев, А.А.Алтухов, В.С. Фещенко /Сборник докладов X научно-технической конференции «Молодёжь в науке». - г. Саров. - 2011. - С.503-506.

86.Field, J.E. Properties of Natural and Synthetic Diamond / J.E. Field. - London: Elsevier-Academic Press, 2010. - 400 p.

87.Зи, С. Физика полупроводниковых приборов: в 2т. / С. Зи. - М.:Мир, 1984. -16000 экз.

Список собственных публикаций по теме диссертации

I. Публикации в рецензируемых научных изданиях, входящих в базы данных международных систем цитирования Scopus и/или Web of science

A1. Shepelev, V.A. Development of diamond ultraviolet photodetector / V.A. Shepelev, A.A. Altukhov, V.S. Feshchenko [et al.] // Measurement techniques. - 2016. - Vol.59, №1. - p.41-45.

A2. Shepelev, V.A. The properties of photoconductivity of the IIa-type diamond related to the band gap structure / V.A. Shepelev, A.A. Altukhov, A.V. Popov, V.S. Feshchenko // Journal of Physics: Conference Series. - 2016. - Vol. 741, №1. -012099.

A3. Shepelev, V.A. The investigation of boron-doped diamond absorbance spectrum / V.A. Shepelev, A.S. Aksyonova, A.A. Altukhov, A.P. Chernyaev [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. - 2017. - Vol. 798, №1. - 012149.

II. Публикации в рецензируемых научных изданиях из списка ВАК и патенты

B1. Шепелев, В.А. Матричный фотоприемник для регистрации изображений в ультрафиолетовой области спектра / В.А. Шепелев, В.С. Фещенко, А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин [и др.]// Датчики и системы. - 2010. - № 1. - С. 50-53. B2. Shepelev, V.A. A 128х128 Pixel Ultraviolet Photodetector Based on a Diamond Sensor / V.A. Shepelev, A.A. Altukhov, A.Yu. Mityagin, N.Kh. Talipov [et al.] // Journal of Communications Technology and Electronics. - 2010. - Vol. 55, № 6. -p.764-768.

B3. Шепелев, В.А. Прибор наблюдения в УФ диапазоне спектра на основе матричного алмазного многоэлементного фотодетектора / В.А. Шепелев, В.С.

Фещенко, А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин, [и др.]// Датчики и системы. - 2011. -№ 8. - С. 47-49.

B4. Шепелев, В.А. О возможности управления спектральными характеристиками алмазного фотодетектора и его применение в анализе многокомпонентных смесей / В.А. Шепелев, В.С. Фещенко, А.А. Алтухов, [и др.] // Нано-и Микросистемная техника. - 6(179). - 2015. -С.33-33.

B5. Шепелев, В.А. Компьютерноеая модель матричного фотоприёмного устройства / В.А. Шепелев, В.Г. Суринов, В.С. Фещенко, В.И. Чукита. // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. - 2020. - № 3. B6. Пт.134700 РФ, МПК H01L 31/09 Двухспектральный алмазный гибридный фотоприёмник / А.А. Алтухов, В.С. Фещенко, К.Н. Зяблюк, В.А. Шепелев, С.Ю. Боголюбова: патентообладатель ООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест».; заявл. 12.08.2013; опубл. 20.11.2013. - 2 с. с ил.

B7. Пт.135185 РФ, МПК H01L 31/09 Двухспектральный фотоприёмник / А.А. Алтухов, В.С. Фещенко, К.Н. Зяблюк, В.А. Шепелев: патентообладатель ООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест».; заявл. 09.09.2013; опубл. 27.11.2013. - 2 с. с ил. B8. Пт. 2504043 РФ, МПК H01J 47/00, H01L 31/0232 Гибридная фоточувствительная схема (ГФС) / А.А. Алтухов, В.С. Фещенко, В.А. Шепелев, Ю.В. Гуляев, А.Ю. Митягин, Г.В. Чучева, М.С. Афанасьев: патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.; заявл. 15.06.2012; опубл. 10.01.2014. - 9 с. с ил. B9. Пт. 2519052 РФ, МПК H01L 31/00, B82B 1/00, H01J 47/00 Гибридная фоточувствительная схема (ГФС) / А.А. Алтухов, В.С. Фещенко, В.А. Шепелев, Ю.В. Гуляев, А.Ю. Митягин, Г.В. Чучева, М.С. Афанасьев: патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН.; заявл. 27.09.2012; опубл. 10.06.2014. - 9 с. с ил.

III. Статьи в трудах конференций (6 статей) и публикации в прочих изданиях (1 публикация - C3)

C1. Шепелев, В.А. Солнечно-слепые датчики УФ-излучения на основе природного алмаза 2-А типа / В.А. Шепелев, А.А. Алтухов, В.С. Фещенко //

Сборник докладов X научно-технической конференции «Молодёжь в науке». - г. Саров. - 2011. - С.500-502.

C2. Шепелев, В.А. Исследование процессов в алмазных датчиках УФ -излучения на основе спектрально-вольтамперных характеристик / В.А. Шепелев, А.А. Алтухов, В.С. Фещенко // Сборник докладов X научно-технической конференции «Молодёжь в науке». - г. Саров. - 2011. - С.503-506.

C3. Шепелев, В.А. Многоспектральный фотоприемник на основе алмаза. / В.А. Шепелев, В.С. Фещенко, А.А. Алтухов, А.Ю. Митягин [и др.]// Известия академии Инженерных Наук им. А.М. Прохорова. - 2013. - №3. - С.89-93. C4. Шепелев, В.А. Одноэлементные и многоэлементные детекторы УФ излучения на основе широкозонных (алмаз и карбид кремния) материалов / В.А. Шепелев, А.А. Алтухов, В.А. Буробин, В.С. Фещенко [и др.]// Труды XXIII Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 28-30 мая 2014г.,/ М.: ОАО «НПО «Орион». - С. 237240.

C5. Шепелев, В.А. Проявление эффектов дифракции в многоспектральных многоэлементных фотоприёмниках на основе алмаза / В.А. Шепелев, А.А. Алтухов, В.С. Фещенко // Труды XXV Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 24-26 мая 2018г.,/ М.: ОАО «НПО «Орион». - С. 105-108.

C6. Шепелев, В.А. Разработка математической модели матричного фотоприёмного устройства / В.А. Шепелев, А.А. Алтухов, Э.А. Сенокосов, В.С. Фещенко [и др.]// Материалы XI международной конференции «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве», 26-8 сентября 2019г., г. Тирасполь, ПГУ им. Т.Г. Шевченко. - С. 37-42.

C7. Шепелев, В.А. Компьютерное моделирование матричного фотоприёмного устройства / В.А. Шепелев, А.А. Алтухов, Э.А. Сенокосов, В.С. Фещенко [и др.]// Материалы XI международной конференции «Математическое моделирование в образовании, науке и производстве», 26-8 сентября 2019г., г. Тирасполь, ПГУ им. Т.Г. Шевченко. - С. 42-48.

Приложение А. Патенты и акты внедрения

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

п9) RU(,° 2 5

(51) МПК

h01j 47/00 (2006.01) h01l 31/0232 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

13(П) С1

(21)(22) Заявка: 2012124726/07, 15.06.2012

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 15.06.2012

Приоритетны):

(22) Дата подачи заявки: 15.06.2012

(45) Опубликовано: 10.01.2014 Бюл. № 1

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: Altukhov А.А., Feshchenko V.S., Mityagin A.Yu. et al. A 128x128 Pixel Ultraviolet Photodetector Based on a Diamond Sensor // Radiotekhnika i elektronika. - 2010. - v.55. -N6, p.764-768. RU 2343590 CI, 10.01.2009. US 2003222265 Al, 04.12.2003. US 2005170548 Al, 04.08.2005.

Адрес для переписки:

105064, Москва, Гороховский пер., 8, кв.6, Г.Г. Валееву

(72) Автор(ы):

Гуляев Юрий Васильевич 0Ш), Митягин Александр Юрьевич (ЯЩ Чучева Галина Викторовна (Ви), Афанасьев Михаил Сергеевич (НИ). Фещенко Валерий Сергеевич (ШД Шепелев Валерий Андреевич (КЦ), Алтухов Андрей Александрович (ВЦ)

(73) Патентообладатель^):

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН) (ВЦ)

(54) ГИБРИДНАЯ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ

(57) Реферат:

Гибридная фоточувствителыия схема содержит: алмазный матричный

фотоприемник (МФП), индиевые столбики и кремниевый мультиплексор с чувствительными площадками. В состав МФП входят: верхний плоский электрод, на который подается напряжение смещения, алмазная пластина и нижние электроды чувствительных элементов алмазного МПФ, с которых снимается сигнал. Нижние электроды гальванически связаны через индиевые столбики с расположенными в виде прямоугольной матрицы с осями X и У чувствительными элементами кремниевого мультиплексора. Число индиевых столбиков на каждой осей X и У должно быть не менее двух. Кроме того, матрица алмазного фотоприемника по оси X и У имеет в два раза шаг больше, чем матрица кремниевого

СХЕМА (ГФС)

мультиплексора, и нижние электроды чувствительных элементов алмазного МПФ расположены в шахматном порядке. Нижние электроды чувствительных элементов алмазного МПФ соединены гальванически индиевыми столбиками только с нечетными или четными чувствительными площадками кремниевого мультиплексора, поэтому, свободные чувствительные площадки кремниевого мультиплексора могут использоваться для регистрации видимого и ИК-излучспий. Технический результат изобретения - расширение детектируемого диапазона излучения, за счет одновременной регистрации изображения в ультрафиолетовом, видимом и ИК спектре, увеличение срока службы ГФС за счет исключения попадания жесткого УФ излучения на мультиплексор. 4 ил.

50 С

К) (Л

о

-Сь

о

W

О

Стр.: (

российская федерация

«... RU... (51) МПК

H01L31/00 (2006 01) В82В1/00 (2006 01) H01J47/00 (2006 01)

(13)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

"-1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

2519052 С2

(21). (22) Заявка 2012141252/28. 27.09.2012

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 27.09.2012

Приоритеты):

(22) Дата подачи заявки 27.09.2012

(43) Дета публикации заявки 10.04.2014

(45) Опубликовано 10.06.2014

(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске Altukhov A.A.. et al. А 128x128 Pixel Ultraviolet Photodetector Based on a Diamond Sensor// Radiotekhnika t elektronika. - 2010. - v.55. -N6. p.764-768. RU2069028C1,10.11.1996. RU2125321C1, 20.01.1999. RU2270494C2. 20.02.2006. RU23008787C1. 20.10.2007. RU2460174C1, 27.08.2012. UA52959A, 15.01.2003

Адрес для переписки

105064. Москва. Гороховский пер.. 8. кв.6. Г.Г. Валееву

(721 Автор* ы):

Гуляев Юрий Васильевич (RU), Митягин Александр Юрьевич (RU). Чучева Галина Викторовна (RU), Афанасьев Михаил Сергеевич (RU), Фещенко Валерий Сергеевич (RU), Шепелев Валерий Андреевич (RU)

(731 Патеитообладателыи):

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) (RU)

(54! ГИБРИДНАЯ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ СХЕМА (ГФС)

(57) Реферат

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано при создании многое пектральны» к многоэлементны* фотоприемников Гибридная фоточувствительная с «ема содержит алмазный матричный фотоприемник (МФП). индиевые столбики и кремниевый мультиплексор с чувствительными площадками, расположенными на нем в шахматном порядке в виде прямоугольной матрицы и по числу равными числу индиевых столбиков Б состав МФП входят алмазная пластина и расположенный на ней верхний плоский электрод а также нижние электроды чувствительных элементов МФП. по числу равные числу индиевых столбиков, расположенных под алмазной пластиной На нижней стороне алмазной пластины сформированы в шахматном порядке легированные бором площадки верхние контактные поверхности четных или нечетных нижних электродов гальванически соединены с нижней поверхностью алмазной пластилины, а верхние коитаггные поверхности нечетных или четны« нижних электродов гальванически соединены с площадками, легированными бором Нижние контактные поверхности нижних электродов через индиевые столбики гальванически соединены с чувствительными элементами кремниевого мультиплексора Изобретение обеспечивает расширение детектируемого диапазона излучения в 75 раз за счет одновременной регистрации изображения в УФ и ИК-спектре частот излучений 3 ил

российская федерация

134700 ?

(51} МПК

Н011.31/09 (200Е.01)

федеральная служба по интеллектуальной собственности

|12> ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ

Стагтус: поданным на 17.02.2016-действует! Пошлина: учтена за 3 год с 13.03.2015 по 12.03.2D16)

(21), (22) Заявка: 2013137649/23, 12,03,2013 (72) Автор( ы):

Алтухов Андреи Александрович (Ри),

(24) Дата начала отсчета срока д ей с те и я патента: Шепелев Валерии Андреевич (РУ).

12,03,2013 Фещенко Валерий Сергеевич (Ни>,

Приоритет(ы): (22) Дата подачи заявки: 12.03.2013 Зяблюк Константин Николаевич (Ии). Боголюбова Светлана Юрьевна ((311)

(451 Опубликовано: 20.11.2013 (73) Патентообпадатель(и): ООО "Производственно-технологический

Адрес для переписки: центр "УралАлм аз Инвест" (1311)

121103. Москва. Ивана Франко. 4. ООО "ПТЦ

"У р ал Ал ы аз И н в ест "

(54) ДВУХСПЕКТРАЛЬНЫИ АЛМАЗНЫЙ ГИБРИДНЫМ ФОТОГРИЕМНИК

(57) Реферат:

Полезная модель относится к устройствам, обеспечивающих получение цифровых изображений одновременно е нескольких спектральных диапазонах. Она мотет быть использована, например, е новых поколениях оптозлектронной аппаратуры наблюдения и распознавания объектов по их наблюдениям в разных участках спектра. Технический результат предлагаемой полезной модели заключается е повышении ее разрешающей способности. Сущность полезной и од ел и заключается е том. что в фотоприемнике, содержащем алмазную пластину, плоский полупрозрачный платиновый электрод, расположенный на верхней поверхности алмазной пластины, электроды и площадки, легированные бором, расположенные на нижней поверхности алмазной пластины, кремниевый мультиплексор с чувствительными площадками. ицдиеЕые столбики, соединенные с электродами, расположенные на нижней поверхности пластины, и с чувствительными площадками кремниевого мультиплексора, над каждой легированной бором площадкой нижней поверхности алмазной пластины, соответственно, на верхней поверхности алмазной пластины сформированы площадки из материала поглощающего ультрафиолетовое излучение и пропускающего инфракрасное излучение, которые, в частности, могут быть с формированы на основе оксцда ицдия и оксцда олова, причем соотношение масс оксида индия и оксада олова 5:1 при толщине площадок [5.1-2 мкм. 1 независимый пункт. 1 фигура

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

(19)

пи

119 (11}

135185 и1

(51} МПК

Н0И-31/09 (2006.01)

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

|12> ПАТЕНТ НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ

Статус: поданным на 17.02.2016-действует! Пошлина: учтена за 3 годе 10 092015по 09.09.201 а

(21}, (22) Заявка: 2013141229/23. 09.09.2013 (72) Автор(ы}:

Алтухов Андрей Александрович [ 1=2и).

(24) Дата начала отсчета срока действия патента: Шепелев Балерин Андреевич [ 1=2и].

09.09.2013 Фещенко Валерий Сергеевич (1311).

Приоритет(ы): Зяблюк Константин Николаевич (1311)

(22} Дата подачи заявки: 09.09.2013 (73) Патентообладатель (и):

(451 Опубликоваьо: 27.11.2013 ООО "Производственно-технологический

центр 'УралАлмазИнвест" ((^и)

Адрес для переписки:

121103. Москва, ул. Ивана Франко, 4Т ООО "ПТЦ

"Ур ал Ал м аз И н в ест "

{54} ДВУХС П ЕКТРАЛЬН ЫИ ФОТОП РИ ЕМНИ К

(57) Реферат:

Полезная модель оп-осится к конструкциям двух спектральные фотэприемникоЕ и может быть использоваьа е новы/ поколениях оптоэлектронной аппаратуры наблюдения и распозования объектов е разные участках спектра. Технический результат заключается в создании конструкции двух спектрального фотзприемника. способного работать е ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Сущность полезной модели заключается е том. что двухспектральный фотоприемник, содержит модули, состоящие из двух фоточувствительныч элементов, двух многоэлементныч фотэнувстЕительныч линеек, каждая из кзтэрыч соединена с оотЕетстЕенно с фоточуЕСТЕИтелы-ым элементом, при этом перЕая многоэлементная линейка выполнена чувствительной в одной области спектра, а вторая многоэлементная линейка выполнена чувствителы-ой в другой области спектра, а модули расположены так. что фотзчувстеителы-ые структуры, каждая из кзторыч образоЕаьа многоэлемеьтными фоточувсгеительнь«и линейками, чувствительными в одной области спектра, имеют вид правильных мьогоугольникоЕ. причем первая многоэлементная фоточувствитепьная линейка соединена через индиеЕые столбики с первым фоточувствителы-ым элементом и еыполнена из алмазной пластины, покрытой полупрозрачной металлической пленкой, а Еторая многоэлементная фоточувствитепьная линейка соединена через индиевые столбики со вторым фоточувстЕителы-ым элементом и еыполнена из алмазной пластины, покрытой полупрозрачной металлической пленкой, причем под полупрозрачной металлической пленкой Еторой многоэлемеьтной фэточуЕствительной линейки е алмазной пластине создан иоььо-имплантируемый слой на основе бериллия, а со стороны, контактирующей со вторым фоточувствителы-ым элементом, е мьогоэлементюй фоточувстЕительной линейке создан слой р-типа. легироваьный бором. 1 1-езав. п.фор. полезной модели, иллюстрация - 1 фиг.

Научно-производственное предприятие

: МИКРОПРИБОР )

V

«ИИКРОПРИБОР»

псх. Ук У/А от оч.оглоп

Па ax.NV . bf__

АКТ

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Шепелева Валерия Андреевича

121108. Москва, ул. Ивана Франко. 4 Тел факс: [phone] E-mail: [e-mail]

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ООО «НШ^Щйкрйирибор» тШмй+ёнкин

,4 ЧйЦ021 г.

Комиссия в составе: председатель

главный научный сотрудник В.А. Колюбин

члены комиссии:

с.н.с. К.В.Захарченко с.н.с. К.Н. Зяблюк

составили настоящий акт о том, что результаты диссертационной работы «Разработка многоспектральных многоэлементных приёмников излучения с применением алмаза в качестве основы ультрафиолетовых спектральных каналов» представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы в научной и производственной деятельности ООО «Научно-производственное предприятие «Микроприбор» при разработке технологии изготовления алмазных фотоприёмников и аппаратуры на основе них в виде:

1..Экспериментальных данных по исследованию фотоэлектрических свойств алмазных фотоприёмников;

2.Математических и компьютерных моделей, определяющих оптимальные параметры конструкции многоэлементных фотоприёмников и описывающих их работу;

Научно-производственное предприятие

микроприбор] «МИКРОПРМБОР»

3.Конструкции и технологии изготовления многоспектральных многоэлементных фотоприёмников.

Использование указанных результатов позволило: повысить качество проектирования и эффективность разработки алмазных фотоприёмников и аппаратуры на основе них; сократить время и затраты на проведение научных работ; повысить производительность труда при изготовлении многоэлементных алмазных фотоприёмников.

Результаты внедрялись при выполнении НИР «Разработка принципов построение, вариантов конструкторских решений и технологий изготовления многодиапазонных приемников излучения (УФ+видимый+ближний ИК диапазон), на основе алмазных материалов, позволяющих производить электронную обработку получаемого изображения», шифр «2013-1.4-14-514-0057002» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетны;,: направлениям развития научно-технологического развития России на 2007-2013 годы».

Члены комиссии: