Линейные фоточувствительные приборы с переносом заряда для ориентации космических аппаратов по Солнцу

• Автор: Алымов, Олег Витальевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ Введение

1. Системы ориентации космических объектов в

пространстве

1.1. Приборы ориентации по Земле

1.2. Звездные приборы ориентации

1.3. Приборы ориентации по Солнцу

1.4. Сравнительная оценка систем ориентации космических

аппаратов

1.5. Линейные фотоприемники с переносом заряда

Общие выводы и постановка задачи исследования

2. Конструирование линейных ФППЗ для ориентации
космических аппаратов по Солнцу
2.1. Постановка задачи
2.2. Архитектура ЛФППЗ для ориентации КА по Солнцу
2.3. Исследование влияния конструкции ЛФППЗ на точность
измерения угловых координат
2.4. Исследование и разработка способов, обеспечивающих
работу ЛФППЗ при экстремальной освещенности
2.5. Повышение эффективности передачи зарядовых пакетов и
преобразования их в выходной сигнал
2.6. Радиационная стойкость разработанных ЛФППЗ
Выводы
3. Разработка технологии ЛФППЗ для ориентации КА по
Солнцу
3.1. Постановка задачи
3.2. Приборно-технологическое моделирование
фото чувствительной секции ЛФППЗ
3.2.1. Моделирование обедненного фотодиода
3.2.2. Моделирование секции накопления и антиблуминга

3.2.3. Моделирование передачи зарядового пакета в сдвиговый
регистр
3.3. Технология изготовления кристаллов ЛФППЗ
3.3.1 Формирование каналов переноса заряда
3.3.2. Формирование радиационностойкого диэлектрика и
электродов переноса заряда
3.3.3. Формирование выходного узла и стока антиблуминга
3.3.4. Формирование фоточувствительного элемента и
металлизация
3.3.5. Измерение электрических параметров. Корпусирование
3.4. Параметры и области применения разработанных ЛФППЗ
Выводы
Заключение
Список литературы
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования
Приборы с переносом заряда были изобретены в 1969 г. В. Бойлем и Дж. Смитом и тем самым было положено начало развитию нового научно-технического направления в области твердотельной фотоэлектроники. За свои работы в этой области В. Бойль и Дж. Смит в 2009 г. были удостоены Нобелевской премии по физике за изобретение оптических
полупроводниковых сенсоров, как это сформулировано Нобелевским комитетом.
Приборы с переносом заряда (ППЗ) или, как их часто называют, приборы с зарядовой связью (ПЗС) наибольшее применение нашли для преобразования излучения в электрический сигнал. ППЗ фактически заменили собою вакуумные фотоэлектрические приборы в телевидении, фотоаппаратуре и специальных областях применения. Это стало возможно благодаря уникальным параметрам и свойствам ППЗ, такими как: малые геометрические размеры, простота управления и низкие управляющие напряжения, жесткий геометрический растр и ударопрочность,
нечувствительность к магнитным полям и др.
Большой вклад в развитие физики и технологии фотоприборов с переносом заряда, создание новых конструкций этих приборов внесли российские ученые и инженеры: Сурис P.A., Федотов Я.А., Пресс Ф.П., Носов Ю.Р., Шилин В.А., Кузнецов Ю.А., Крымко М.М., Вето A.B., Костюков Е.В., Степанов P.M., Арутюнов В.А., Вишневский Г.И. и др.
Приборы с переносом заряда также применяются в космической технике в качестве датчиков систем ориентации космических аппаратов (КА) по Солнцу. Освоение электронной промышленностью производства
линейных фотоприемников с переносом заряда (ЛФППЗ) позволило создать базу для разработки статических приборов ориентации по Солнцу без механически перемещающихся элементов. Однако практика использования

которой можно осуществлять процессы накопления и хранения зарядового пакета.
Перемещение зарядового пакета вдоль полупроводниковой подложки осуществляется с использованием МДП-структур, расположенных так близко, что их электрические поля оказывают влияние друг на друга. В этом случае можно говорить о зарядовой связи между ними. Взаимное влияние проявляется, когда зазор между МДП-структурами составляет менее 1 мкм, а длина электродов - 1... 10 мкм.
Если, к примеру, в МДП-структуре находится зарядовый пакет и глубина потенциальной ямы, зависящая от напряжения на электроде (Д, то для перемещения этого заряда в близкорасположенную МДП-структуру, нужно увеличить напряжение на электроде этой структуры и одновременно уменьшить напряжение 1Д. Тогда глубина потенциальной ямы, в которой находится зарядовый пакет, станет меньше, а глубина соседней потенциальной ямы увеличится и зарядовый пакет переместится в соседнюю структуру.
Если нужно осуществить направленное перемещение зарядового пакета' на «значительное» расстояние, то используется цепочка МДП-структур, образующая так называемый сдвиговый регистр [45]. В регистре МДП-структуры объединены в группы по 2, 3 и 4 штуки и по количеству структур в группе различают двух, трех и четырехфазные регистры.
Как следует из принципа действия регистра, в нем можно осуществлять одновременно перенос нескольких зарядовых пакетов, движущихся друг за другом. Число этих пакетов определяется количеством групп электродов регистра.
Канал, созданный на границе окисел-полупроводник, по которому перемещается зарядовый пакет, называется поверхностным.
Перенос заряда из одной потенциальной ямы в другую не является ни мгновенным, ни полным [47]. Это накладывает определенные ограничения на скорость работы ППЗ и на полное число переносов,