Физико-химические основы базовых элементов перспективных систем технического зрения инфракрасного диапазона спектра

Системы технического зрения (СТЗ) на основе регистрации и обработки излучения инфракрасного (ИК) излучения в настоящее время являются одним из главных средств развития различных современных оптоэлектронных устройств земного и космического базирования. Особенное место СТЗ будут занимать в роботизированных системах, особенно в условиях, чрезвычайно опасных для жизнедеятельности человека. Для разработки различных ИК СТЗ необходимо создание односпектральных и многоспектральных детекторов, работающих в ИК спектральном диапазоне от ближнего (1 мкм) до сверхдальнего (20 мкм). Несомненно, среди огромного выбора фоточувствительных материалов и физических принципов детектирования, твердый раствор теллурида кадмия и ртути (КРТ) и фотодиоды на его основе обеспечивают наилучшие характеристики по чувствительности в указанном широком ИК спектральном диапазоне. В настоящее время практически достигнут теоретический предел чувствительности фотодиодных типа “N+-p” многоэлементных детекторов, охлаждаемых до температуры жидкого азота, на основе гетероэпитаксиальных структур (ГЭС) КРТ. Современные требования к СТЗ с точки зрения форматов (мегапиксельные) детекторов, их количества для различных областей применения, стоимости требуют проведения разработки физико-химических аспектов наиболее производительных методов получения материалов и формирования фотодиодных детекторов. Наиболее перспективным является метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), который обеспечивает рост при низких температурах, что важно для ГЭС КРТ, экологически чистый и позволяет снизить стоимость за счет применения альтернативных подложек из GaAs и, в первую очередь Si, который обеспечивает создание мегапиксельных детекторов. Также, перспективными являются фотодиоды типа “P+-n”, которые обеспечивают возможности повышения рабочей температуры и продвижение в более длинноволновую область ИК спектра (более 11 мкм). В последнее время проводятся интенсивные исследования по выращиванию методом МЛЭ различных многослойных структур: бариодных (типа nBn) структур, сверхрешеток CdTe/HgTe и многослойных квантовых ям HgCdTe/HgTe. Ожидается, что использование для ИК ФПУ многослойных структур позволит повысить рабочую температуру элементов матрицы, упростить технологию изготовления фокальных матриц и удешевить их производство, позволит создавать ФПУ на любой диапазон ИК спектра и ТГц излучения, в первую очередь ФПУ с длинноволновой границей более 15 мкм. Таким образом, становится ясным направление решение задач для перспективных СТЗ ИК диапазона чувствительности: - исследования и разработка комплексных физико-химических основ получения фоточувствительного материала требуемого качества на основе ГЭС КРТ МЛЭ на подложках из Si и формирование P+-n переходов на их основе с предельными параметрами к теоретическому пределу для последующего создания детекторов с чувствительностью в различных диапазонах спектра от 1 до 20 мкм и работающих прогнозируемо при температурах до 150 К. - исследования процессов роста различных многослойных структур: бариодных (типа nBn) структур, сверхрешеток CdTe/HgTe и многослойных квантовых ям HgCdTe/HgTe и их свойств. Выполнения поставленных научных задач позволит обеспечить отечественной технологической базой разработку перспективных (в развитии до 2050 года) СТЗ ИК-диапазона. Основная задача проекта заключается в разработке физико-химических основ создания фоточувствительных материалов и базовых элементов для оптико-электронных систем различного базирования в направлении повышения характеристик фоточувствительных элементов, увеличения числа спектральных диапазонов, формата фотоприемников, длинноволновой границы спектральной чувствительности, повышения рабочей температуры и уменьшения размера фоточувствительной площадки.