Статья: Аналитическое сравнение методов измерений энергетической характеристики чувствительности и динамического диапазона (2018)

Разработана конструкция монолитной интегральной схемы (МИС) малошумящего усилителя диапазонов частот 8–12 ГГц. МИС усилителя изготовлена на гетероструктуре AlGaN/AlN/GaN на подложке SiC. Приведены результаты измерений параметров МИС.

Исследования, проведённые в настоящей работе, направлены на разработку методов расчёта, схемотехническому и электродинамическому моделированиям полосно-заградительных свойств проводящих поверхностных композиционных структур микроволнового диапазона. Эти структуры состоят из двух концентрических полосковых колец, имеющих разрезы в диаметрально противоположных направлениях, и возможных их сочетаний в виде нескольких подобных элементов. Расчётные и экспериментальные исследования проводились на смоделированном макете копланарной линии передачи и размещенными указанными фильтрующими структурами на обратной стороне его печатной платы. В результате выявлено, что двойные разрезные кольцевые резонаторы представляют собой эффективное полосно-заградительное композиционное сочетание фильтрующих элементов для применения в копланарных, полосковых и подобных им линиях передачи. Предложена эффективная электрическая эквивалентная схема такой структуры, позволяющая учесть все распределённые реактивные параметры и корректировать её АЧХ на первичной стадии расчётов. Все результаты расчёта и САПР-моделирования были экспериментально проверены на изготовленных макетах. Были обнаружены новые практические возможности перестройки резонансной частоты этих структур (в диапазоне около 50 %) путём вращения предложенных конструкций мобильных модулей с разрезными кольцами. Они могут быть размещены под проводящей линией в удобном для монтажа месте. Изложены методы пере-стройки и точной подстройки полосы пропускания и коэффициента передачи при настройке рабочих макетов. На примере трёхэлементной фильтрующей структуры получена диаграмма распределения проходящей вдоль линии передачи СВЧ-мощности со стороны расположения разрезных колец, что подтверждает результаты расчёта и моделирования. Определены возможности тонкой корректировки параметров разработанных, смоделированных и изготовленных рабочих макетов полосно-заградительных структур с разрезными кольцевыми резонаторами.

В работе предложено решение задачи оптимизации частотной характеристики входных ячеек большой интегральной схемы (БИС) считывания инфракрасных (ИК) многорядных фотоприемных устройств (ФПУ), осуществляющих регистрацию малоразмерных объектов на пространственно-однородном фоне. В качестве критерия выбрано значение отношения сигнал/шум на выходе ячейки. Предложено расположить дополнительные (отключаемые) дискретно-аналоговые фильтры нижних частот (ФНЧ) первого порядка в ячейках БИС после интеграторов. Подключение дополнительных ФНЧ позволит обеспечить высокую чувствительность к излучению малоразмерного объекта, а отключение ФНЧ – высокое пространственное разрешение. В работе определены оптимальные параметры дополнительных ФНЧ, проведено сравнение эффективности работы предложенных ФНЧ с эффективностью согласованного суммирования сигналов от малоразмерного объекта.

Разработаны гибридные цифровые телевизионные детекторы для УФ и ИК спектральных диапазонов на основе электронно-чувствительной матрицы ППЗ с числом элементов 768580, размер чувствительного элемента 1734 мкм, размер изображения 1310 мм. Пороговая облучённость УФ-образца составила 810-11 Вт/см2 на  = 280 нм, ИК-образца составила 510-8 Вт/см2 на  = 1000–1500 нм.

Представлены результаты расчетов фотоэлектрических характеристик многоэлементных ИК ФПУ с «сотовой» топологией фоточувствительных элементов при регистрации точечных источников излучения. При расчетах учтены основные фотоэлектрические и конструктивные параметры фотоприемников и оптической системы. Показано, что предлагаемая топология фоточувствительной матрицы позволяет увеличить пороговую чувствительность и, следовательно, вероятность обнаружения точечных источников.

Рассмотрены параметры средневолнового инфракрасного фотоприемного устройства, изготовленного в виде гибридной микросхемы на основе фокальной матрицы планарных n+–pпереходов HgCdTe с числом 20482048 элементов и кремниевого мультиплексора. Температурная зависимость обратного тока элементов в диапазоне 125–300 К имела характерную зависимость Аррениуса с энергией активации близкой к ширине запрещенной зоны полупроводника и лимитировалась диффузионной компонентой тока. При более низкой температуре ток лимитировался генерацией носителей с участием глубокого уровня локализованного вблизи середины запрещенной зоны. Гистограмма обнаружительной способности элементов матрицы имела вид симметричной кривой с максимумом и средним значением  1,31012 см Гц1/2/Вт.

В статье говорится об особенности проектирования импульсных ФПУ, связанной с необходимостью обеспечения квазиоптимальной фильтрации, обеспечивающей выделение сигнала из шумов фотодиода и усилителя. Показана одна из возможных простых реализаций квазиоптимального фильтра импульсного ФПУ на основе p–i–n- и лавинных InGaAs/InPфотодиодов. Представлены численный анализ зависимости пороговой чувствительности ФПУ на основе InGaAs/InP от длительности входного импульса излучения для различных диаметров фоточувствительного элемента для значений ёмкостей CФД и темновых токов IФД, а также оптимальные значения постоянной времени  двойного RC-фильтра, обеспечивающие приемлемые длительности переднего фронта tmax при длительности входного импульса 0,5 = 10 нс для всего типоразмерного ряда ФПУ. Построены графики зависимости пороговой чувствительности ФПУ от длительности сигнала и диаметра фоточувствительного элемента. Сформулированы требования к структуре всех типов ФПУ для максимального выделения импульсного сигнала из шума.

Comparative analysis of splash of intrinsic photoconductivity of semiconductors with increasing concentration of recombination centers has been analyzed at low-level uniform and nonuniform illumination along of the electric field. Equation describing distribution of concentration of nonequilibrium charge carriers has been derived outside approximation of quasi-neutrality for arbitrary light beam profile along of the electric field. It follows from equation that due to photoinduced space charge, the splash of photoelectric gain in photoconductors under illumination perpendicular and along of the electric field should differ significantly at any conditions of recombination on current contacts. If photogeneration of charge carriers is nonuniform, then, unlike uniform photogeneration, the splash of photoelectric gain depends on the polarity of applied voltage. Note, that approximation of quasi-neutrality is insensitive to polarity. An analytical expression is derived for maximum value of electron photoelectric gain depended on concentration of recombination centers in the case of exponential photogeneration profile and sweep-out effect on contacts. Found relation between concentrations of nonequilibrium electrons and holes allows deriving an analytical expression for maximum value of hole photoelectric gain.

В работе представлены результаты моделирования времени жизни в узкозонных полупроводниковых слоях HgCdTe р- и n-типа проводимости в соответствии с механизмами рекомбинации Оже, излучательным и Шокли-Рида-Холла, используя эмпирические формулы Битти, Ландсберга и Блакемора (BLB), выведенные на основе kp модели Кейна с заданными начальными параметрами. Для структур HgCdTe р-типа проводимости состава x = 0,22 мол. дол., выращенных методом жидкофазной эпитаксии на подложках CdZnTe, методом приближения экспериментальных и теоретических данных рассчитаны характеристические коэффициенты |F1F2| и , значение которых находится в хорошем соответствии с аналогичными работами. Проведена оценка расположения энергетического уровня ловушек в запрещенной зоне материала р-типа проводимости.

В работе предложена методика расчета давления компонентов амальгамы цезия, учитывающая отклонения от закона Рауля при низких рабочих температурах этого сплава. Реализация предложенного алгоритма расчета давлений паров компонентов над амальгамой цезия позволяет прогнозировать механизм пробоя в части основного ионизируемого компонента, формирующего пробой межэлектродного промежутка газоразрядной лампы.

Продемонстрирована высокая эффективность диффузионной камеры в качестве детектора мягкого рентгеновского излучения для исследований импульсной высокотемпературной плазмы методами дифракционной спектроскопии высокого разрешения. В виде отдельных линий в спектре излучения низкоиндуктивной вакуумной искры удалось зарегистрировать характеристическое излучение K и K железа и излучение многозарядных ионов FeXVIII   FeXXV. Согласно полученным результатам, признаком перехода к радиационному сжатию микропинча является появление в спектре излучения линии иона FeXVIII, что соответствует представлениям модели радиационного сжатия. На основе полученных экспериментальных данных высказана гипотеза о существовании механизма распада микропинча, отличающегося от ранее предложенного и обычно принимаемого во внимание перегревного механизма.