Системы считывания для многоэлементных ИК ФПУ третьего поколения

• Автор: Ли, Ирлам Игнатьевич
• Шифр специальности: 05.27.01, 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 295 с. : ил.

Введение

1.1. Гибридные многоэлементные ИК ФПУ

1.1.1. Кремниевые устройства считывания для гибридных ИК ФПУ.

1Л .2. Устройства считывания с режимом временной задержки

и накопления

1.1.3. Устройства считывания с интегрированными системами

препроцессорной обработки сигналов

1.2. Многоэлемеитные ИК ФПУ на основе МДП фотоприемиых элементов.

1.2.1. Монолитные ИК ФПУ на основе ГС, ПЗИ.

1.2.2. Принцип работы ПЗИ элементов

1.2.3.Технология изготовления фоточувствительных 1пА

ПЗИ элементов.
1.2.4.Фотоэлектрические параметры ПЗИ элементов на арсениде индия.
1.2.5. Устройства считывания с МДП фотоприемннков для
гибридных ИК ФПУ.
1.3. Выводы к главе
Глава 2. Анализ системы фотодиодпрямоинжекционое устройство
ввода в гибридных многоэлементных ИК ФПУ.
2.1. Математическая модель системы ИК фотодиодпрямоинжекционное устройство считывания.
2.2. Примеры модельных расчетов системы
2.3. Моделирование системы фотодиодпрямоинжекционное устройство
считывания с использованием экспериментальных ВАХ фотодиодов.
2.4. Оптимизация спектрального диапазона тепловизионных систем
на основе Н1.хСсЗхТе фотодиодов в длинноволновом диапазоне.
2.5. Основные результаты и выводы к главе
Глава 3. Устройства считывания для многоэлементных ИК ФПУ
длинноволнового диапазона
3.1. Температурное разрешение тепловизионных систем в зависимости
от спектрального диапазона и зарядовой емкости кремниевых устройств считывания.
3.2. Принципиальные схемы кремниевого процессора для матричных ИК ФПУ длинноволнового диапазона 8 мкм с фрагментарной организацией матрицы входных устройств
3.3. Устройства считывания для ИК ФПУ в режиме временной
задержки и накопления ВЗН
3.4. Основные результаты и выводы к главе
Глава 4. Устройства считывания интегрированные с устройствами
прсдпроцсссорной обработки фотосигналов.
4.1. Устройства считывания с вычитанием аддитивных, неинформационных компонент фотосигналов.
4.2. Устройства считывания с адаптивными системами предпроцессорной обработки фотосигналов
4.3. Разработка и изготовление фотоприемного устройства пеленгатора для измерения координаты и дальности на основе матрицы фотодиодов 1пАб формата 8x8.
4.4. Основные результаты и выводы главы 4.
Глава 5. ИК фотоприемные устройства на основе ПЗИ элементов
5.1. Метод определения времени жизни неосновных носителей
заряда в ГОИ элементе
5.2. Выбор спектрального диапазона для гибридных ИК ФПУ на основе ПЗИ элементов
5.3. Принципы считывания фотосигналов с ПЗИ фотоприемников
5.4. Устройство считывания для линейчатых ИК ФПУ 2x2.
5.4.1. Конструкция гибридного модуля линейчатого типа 2x2.
5.4.2. Фотоэлектрические характеристики ФПУ формата 2x2.
5.5. Матричные ФПУ форматов 8x8 и 6x6 элементов на
основе 1пАз.
5. 6. Приборы на основе многоэлементных 1пАб ПЗИ элементов
5.6.1.Тепловизор на основе многоэлементной матрицы формата 8x8.
5.6.2. Быстродействующий спектрометр формата 1x4 .
5.6.3.Тепловизионный микроскоп
5.7. Основные результаты и выводы к главе 5.
Заключение
Список публикаций по теме диссертации.
Список используемых источников


Важно отметить принципиальную разницу в требованиях предъявляемых к кремниевой технологии для цифровых и аналоговых микросхем, к которым относятся кремниевые устройства считывания для многоэлементных ИК ФПУ. Для цифровых микросхем главной задачей является повышение степени интеграции, быстродействия и снижение потребляемой мощности. Эти задачи решаются с началом эры микроэлектроники путем уменьшения топологических допусков, снижения напряжения питания. Для многоэлементных ИК ФПУ уменьшение шага фотоприемных ячеек ограничивается дифракционным пределом, для спектрального диапазона 8 мкм это мкм. Учитывая высокие требования к динамическому диапазону ИК ФПУ выше дБ, при разработке многоканальных устройств считывания используются КМОП технологии с напряжениями питания не ниже 3. В, при топологических допусках 0. Для достижения требуемой однородности передаточных характеристик аналоговых многоканальных устройств считывания к кремниевой технологии предъявляются более жесткие, по сравнению с цифровыми интегральными схемами требования по однородности электрофизических параметров, например, к однородности пороговых напряжений, точности задания геометрических размеров транзисторов. Так в ряде схемных решений с использованием усилителей средне квадратичное отклонение СКО пороговых напряжений на кристалле не должно превышать 0. В 2. К настоящему времени стала стандартной структура устройства считывания с командным регистром. Это обеспечивает возможность оперативно изменять режимы работы ИК ФПУ, такие как выбор произвольного окна оконный режим, регулировать время накопления, кадровую частоту 3, 4. Большинство управляющих напряжений формируется непосредственно на кристалле устройств считывания. ИК ФПУ приведена на рис. Л 5, 6. Принципиальные схемы отдельных узлов устройств считывания определяются типом ИК фотоцриемников фотодиодов, фотосопротивлений, микроболометров, спектральным диапазоном, фоновой обстановкой, требованиями к быстродействию и т. Рис. Блоксхема гибридного ИК ФПУ. Как было сказано выше, кремниевые устройства считывания из устройств, решающих только задачу считывания сигналов с многоэлементных фотоприемников и их мультиплексирование на ограниченное количество внешних выходов, постепенно превращаются в специализированные процессоры, решающие широкий круг проблем и, в значительной степени определяющие облик и функциональные возможности ИК ФПУ следующих поколений. Настоящий литературный обзор по устройствам считывания, применяемым в многоэлементных, гибридных РЛС ФПУ, опирается в основном на работы 1, 23, 70. Истоковый повторитель. Простейшим и, до сих пор, широко используемым устройством считывания является схема с истоковым повторителем в англоязычной литературе , рис. Рис. Принципиальная схема входного устройства с истоковым повторителем. Ячейка устройства состоит из интегрирующей информационный заряд емкости Син, транзистора сброса Т2 и транзистора Т1, включенного по схеме истокового повторителя, нагрузочного транзистора ТЗ и транзистора Т4, обеспечивающего коммутацию сигналов на общую шину считывания, шин питания Ип, Ин, Ид, шин управления Фп, Фв. Фототок интегрируется на емкости Сш которая включает в себя емкость фотоприемника, входную емкость истокового повторителя и дополнительную емкость для согласования зарядовой емкости устройства считывания с уровнем фотосигналов. Коэффициент преобразования устройства считывания Вэлектрон, где А коэффициент усиления истокового повторителя А1. Для уменьшения кТС шумов применяется двойная коррелированная выборка ДЬСВ. При использовании ДКВ основным источником шума для ИП является собственный шум транзистора Т1. Этот тип устройства считывания применен в модуле x на основе фотодиодов предназначенного для работы при низких уровнях фонового излучения в спектральном диапазоне до 2. Недостаток данной схемы заключается в том, что для формирования зарядовой емкости устройства считывания необходимо подавать на фотодиоды напряжение смещения 25 В. Это ограничивает применение схемы коротковолновым диапазоном до 3 мкм. Применение методов многократного неразрушающего считывания информации i позволило снизить уровень собственных шумов устройства считывания до 3 электронов , 1.