RU2388115C1 - Dual spectrum photodetector (versions) - Google Patents
Dual spectrum photodetector (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2388115C1 RU2388115C1 RU2009109552/28A RU2009109552A RU2388115C1 RU 2388115 C1 RU2388115 C1 RU 2388115C1 RU 2009109552/28 A RU2009109552/28 A RU 2009109552/28A RU 2009109552 A RU2009109552 A RU 2009109552A RU 2388115 C1 RU2388115 C1 RU 2388115C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photosensitive
- spectrum
- sensitive
- modules
- photosensitive elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемые устройства относятся к полупроводниковым приборам, чувствительным к инфракрасному (ИК) излучению, и могут использоваться в оптико-электронной аппаратуре различного назначения, в особенности для широкопольных теплопеленгационных или тепловизионных приборов, работающих в двух областях спектра - 2-3 мкм и 3-5 мкм.The proposed devices relate to semiconductor devices sensitive to infrared (IR) radiation, and can be used in optoelectronic equipment for various purposes, especially for wide-field heat direction finding or thermal imaging devices operating in two spectral regions - 2-3 μm and 3-5 μm .
Одним из направлений развития оптоэлектроники является создание оптико-электронной аппаратуры, работающей в ИК-области спектра с широкими полями зрения и высоким пространственным разрешением.One of the directions in the development of optoelectronics is the creation of optoelectronic equipment operating in the infrared region of the spectrum with wide fields of view and high spatial resolution.
Для формирования протяженных фоточувствительных структур применяется модульный принцип конструирования, при котором такая структура набирается из модулей с числом фоточувствительных элементов, ограниченным возможностями технологии. Известно охлаждаемое фотоприемное устройство (ФПУ) типа BD АМ010 (рекламный проспект фирмы Sofradir (Франция), опубл. в декабре 2000 г.), выполненное в виде протяженной фотоприемной структуры для авиационного и космического применения. Данное устройство выполнено в виде линейки, состоящей из пяти модулей, состыкованных с минимальными зазорами и образующих линейку из 1500 фоточувствительных элементов. Каждый модуль включает линейку фоточувствительных элементов (фотодиодов из КРТ, чувствительных в области спектра 3-5 мкм) и считывающий мультиплексор. Недостатком данного устройства является его работа в одной области спектра.To form extended photosensitive structures, a modular design principle is applied, in which such a structure is assembled from modules with the number of photosensitive elements limited by the capabilities of the technology. Known cooled photodetector (FPU) type BD AM010 (brochure company Sofradir (France), published in December 2000), made in the form of an extended photodetector structure for aviation and space applications. This device is made in the form of a line consisting of five modules docked with minimal gaps and forming a line of 1,500 photosensitive elements. Each module includes a line of photosensitive elements (SRT photodiodes sensitive in the spectral region of 3-5 μm) and a reading multiplexer. The disadvantage of this device is its operation in one region of the spectrum.
Существенное повышение информативности и расширение возможностей применения оптико-электронной аппаратуры достигается за счет использования не одного, а двух спектральных диапазонов. Фотоприемные устройства, входящие в состав такой аппаратуры, должны быть выполнены в виде протяженных фоточувствительных структур с высоким количеством фоточувствительных элементов, в несколько раз превышающим параметры стандартного телевизионного сигнала (576 или 768).A significant increase in information content and the expansion of the possibilities of using optoelectronic equipment is achieved through the use of not one, but two spectral ranges. The photodetector devices included in such equipment should be made in the form of extended photosensitive structures with a high number of photosensitive elements, several times higher than the parameters of a standard television signal (576 or 768).
Известен двухспектральный охлаждаемый фотодетектор (патент US, 5525801А, опубл. 11.06.1996 г.), содержащий две многоэлементные фоточувствительные линейки, каждая линейка по 128 фоточувствительных элемента на основе PbS или PbSe. Указанные линейки расположены параллельно на подложке одного фоточувствительного элемента из кварцевого стекла или подобного материала. Фоточувствительные линейки расположены на противоположных сторонах металлического следа и оптического делителя. Для считывания фотоэлектрических сигналов с каждой линейки через проводные связи фотодетектор содержит два мультиплексора. Подложка расположена на основании, выполненном из теплопроводящего синтетического сапфира и установленном на многоступенчатый термоэлектрический охладитель. Двухспектральный охлаждаемый фотодетектор содержит два фильтра, создающих две области спектра. Так как фоточувствительные элементы двух линеек выполнены из одного и того же материала, предусмотрен оптический делитель, который предотвращает попадание одной области спектра на фоточувствительные элементы двух линеек. Указанное устройство как наиболее близкое к предлагаемым изобретениям принято за прототип. Конструкция известного фотоприемника не позволяет создавать крупноформатные многомодульные фоточувствительные структуры различной конфигурации.Known two-spectrum cooled photodetector (US patent, 5525801A, publ. 06/11/1996), containing two multi-element photosensitive line, each line of 128 photosensitive elements based on PbS or PbSe. These rulers are arranged in parallel on the substrate of one photosensitive element made of quartz glass or a similar material. Photosensitive rulers are located on opposite sides of the metal track and the optical divider. To read photoelectric signals from each line through wired communications, the photodetector contains two multiplexers. The substrate is located on a base made of heat-conducting synthetic sapphire and mounted on a multistage thermoelectric cooler. The two-spectral cooled photodetector contains two filters that create two spectral regions. Since the photosensitive elements of the two rulers are made of the same material, an optical divider is provided that prevents one region of the spectrum from entering the photosensitive elements of the two rulers. The specified device as the closest to the proposed invention is taken as a prototype. The design of the known photodetector does not allow the creation of large-format multi-module photosensitive structures of various configurations.
Первой задачей изобретения является создание двухспектрального фотоприемника, являющегося составной частью оптико-электронной аппаратуры (ОЭА), в которой реализован способ развертки изображения с применением конического сканирования внешним наклонным зеркалом, нормаль к которому движется по эллиптическому конусу, а отраженный луч (оптическая визирная ось) - по правильному круговому конусу.The first objective of the invention is the creation of a two-spectral photodetector, which is an integral part of optoelectronic equipment (OEA), which implements a method of scanning an image using a conical scan with an external oblique mirror, the normal to which moves along an elliptical cone, and the reflected beam (optical sighting axis) on the right circular cone.
Технический результат достигается тем, что обеспечивается возможность создания двухспектральных крупноформатных многомодульных фоточувствительных структур различной конфигурации, расположенных, например, в виде многоугольника.The technical result is achieved by the fact that it is possible to create two-spectral large-format multi-module photosensitive structures of various configurations, located, for example, in the form of a polygon.
Это достигается тем, что двухспектральный фотоприемник состоит из n модулей, где n≥4, и каждый модуль содержит два фоточувствительных элемента, две многоэлементные фоточувствительные линейки, мультиплексоры и основание, при этом первая многоэлементная линейка выполнена чувствительной в одной области спектра и расположена на подложке первого фоточувствительного элемента, имеющего вид трапеции, а вторая многоэлементная линейка выполнена чувствительной в другой области спектра и расположена на подложке второго фоточувствительного элемента, а модули расположены так, что фоточувствительные структуры, каждая из которых образована линейками, чувствительными в одной области спектра, имеют вид правильных многоугольников.This is achieved by the fact that a two-spectral photodetector consists of n modules, where n≥4, and each module contains two photosensitive elements, two multi-element photosensitive arrays, multiplexers and a base, while the first multi-element array is made sensitive in one region of the spectrum and is located on the substrate of the first a photosensitive element having the form of a trapezoid, and the second multi-element ruler is made sensitive in a different region of the spectrum and is located on the substrate of the second photosensitive ele cient, and modules are arranged so that the photosensitive structures, each of which is formed rulers sensitive in one region of the spectrum have the form of regular polygons.
Второй задачей изобретения является создание протяженных фоточувствительных структур с высокой степенью информативности.The second objective of the invention is the creation of extended photosensitive structures with a high degree of information.
Технический результат достигается тем, что обеспечивается возможность создания двухспектральных крупноформатных многомодульных фоточувствительных структур, расположенных в виде линеек.The technical result is achieved by the fact that it is possible to create two-spectral large-format multi-module photosensitive structures arranged in the form of rulers.
Это достигается тем, что двухспектральный фотоприемник состоит из n модулей, где n≥4, и каждый модуль содержит два фоточувствительных элемента, имеющих вид прямоугольников, две многоэлементные фоточувствительные линейки, мультиплексоры и основание, при этом первая многоэлементная линейка выполнена чувствительной в одной области спектра и расположена на подложке первого фоточувствительного элемента, а вторая многоэлементная линейка выполнена чувствительной в другой области спектра и расположена на подложке второго фоточувствительного элемента, а модули расположены так, что фоточувствительные структуры, каждая из которых образована линейками, чувствительными в одной области спектра, расположены в виде линеек.This is achieved by the fact that a two-spectral photodetector consists of n modules, where n≥4, and each module contains two photosensitive elements having the form of rectangles, two multi-element photosensitive arrays, multiplexers and a base, while the first multi-element array is made sensitive in one spectral region and located on the substrate of the first photosensitive element, and the second multi-element line is made sensitive in another region of the spectrum and is located on the substrate of the second photosensitive element, and the modules are arranged so that the photosensitive structures, each of which is formed by rulers sensitive in one region of the spectrum, are arranged in the form of rulers.
В первом и втором случае фоточувствительные элементы первой линейки могут быть выполнены из селенида свинца, а фоточувствительные элементы второй линейки могут быть выполнены из сульфида свинца, первый и второй фоточувствительные элементы могут быть установлены на коммутационной плате, а мультиплексоры могут быть установлены на фоточувствительные элементы методом перевернутого монтажа с групповой пайкой через индиевые столбики.In the first and second cases, the photosensitive elements of the first line can be made of lead selenide, and the photosensitive elements of the second line can be made of lead sulfide, the first and second photosensitive elements can be mounted on the patch board, and the multiplexers can be mounted on the photosensitive elements using the inverted method mounting with group soldering through indium columns.
Предлагаемые решения поясняются следующими чертежами, где:The proposed solutions are illustrated by the following drawings, where:
фиг.1 - модуль двухспектрального фотоприемника. Главный вид.figure 1 - module dual-spectrum photodetector. The main view.
Фиг.2 - модуль двухспектрального фотоприемника. Вид сбоку.Figure 2 - module dual-spectrum photodetector. Side view.
Фиг.3 - гибридизация мультиплексора с фоточувствительным элементом через индиевые столбики.Figure 3 - hybridization of the multiplexer with a photosensitive element through indium columns.
Фиг.4 - многоэлементные фоточувствительные линейки, выполненные из различных материалов.Figure 4 - multi-element photosensitive rulers made of various materials.
Фиг.5 - двухспектральный фотоприемник, в котором фоточувствительные структуры имеют вид правильного многоугольника.5 is a two-spectral photodetector in which the photosensitive structures are in the form of a regular polygon.
Фиг.6 - двухспектральный фотоприемник, в котором фоточувствительные структуры имеют вид двух линеек.6 is a two-spectrum photodetector in which the photosensitive structures have the form of two lines.
Двухспектральный фотоприемник состоит из n-го количество модулей, каждый из которых включает:A two-spectrum photodetector consists of the nth number of modules, each of which includes:
1 - охлаждаемое основание, например, из ковара;1 - cooled base, for example, from Kovar;
2 - коммутационную плату, установленную на основании;2 - patch board installed on the basis of;
3, 4 - два фоточувствительных элемента (ФЧЭ), на подложке первого из которых выполнена первая многоэлементная фоточувствительная линейка 5 из селенида свинца, а на подложке второго фоточувствительного элемента выполнена вторая многоэлементная фоточувствительная линейка 6 из сульфида свинца;3, 4 - two photosensitive elements (PSEs), on the substrate of the first of which the first multi-element
7, 8 - мультиплексоры многоканальные, установленные на фоточувствительных элементах методом перевернутого монтажа с групповой пайкой через индиевые столбики 9;7, 8 - multichannel multiplexers mounted on photosensitive elements by the method of inverted mounting with group soldering through
10 - полиимидный микрокабель.10 - polyimide microcable.
Подложки первого и второго фоточувствительных элементов приклеены на коммутационную плату, задачей которой является вывод электрических соединений с фоточувствительных элементов на одну сторону, а именно на полиимидный микрокабель 10.The substrates of the first and second photosensitive elements are glued to the patch board, the task of which is to output electrical connections from the photosensitive elements to one side, namely to the polyimide microcable 10.
С помощью микросхем мультиплексоров 7 и 8, установленных на фоточувствительные элементы методом перевернутого монтажа и групповой пайки на индиевые столбики 9, предварительно выращенные на контактных площадках мультиплексоров и фоточувствительных элементов, осуществляется предварительная обработка и считывание фотоэлектрических сигналов с каждой линейки на один выход.Using microchips of
Установка микросхем мультиплексора методом перевернутого монтажа обеспечивает существенное снижение габаритных размеров. Групповая обработка оснований и подложек ФЧЭ обеспечивает требуемую плоскость расположения ФЧЭ в фокальной плоскости. С помощью специальной технологии прецизионной резки ФЧЭ обеспечиваются минимальные зазоры как между линейками из PbS и PbSe, так и между соседними фотоприемными модулями, образующими непрерывную многомодульную фоточувствительную структуру.The installation of multiplexer microcircuits by the inverted mounting method provides a significant reduction in overall dimensions. Group processing of the bases and substrates of the PSE provides the required plane of the location of the PSE in the focal plane. Using special technology for precision cutting of PSEs, minimum gaps are ensured both between the PbS and PbSe lines and between adjacent photodetector modules forming a continuous multi-module photosensitive structure.
Сочетание описанных особенностей конструкции и технологии позволило создать компактный, технологичный двухспектральный фотомодуль с высоким уровнем фотоэлектрических параметров и повышенным числом фоточувствительных площадок (фоторезисторов), позволяющий набирать в фокальной плоскости протяженные фоточувствительные структуры в виде многоугольников или линеек.The combination of the described design and technology features made it possible to create a compact, technologically advanced two-spectral photomodule with a high level of photoelectric parameters and an increased number of photosensitive sites (photoresistors), which makes it possible to collect extended photosensitive structures in the form of polygons or rulers in the focal plane.
Первая и вторая многоэлементные линейки 5 и 6 одного из модулей двухспектрального фотоприемника расположены в непосредственной близости и практически параллельно и образуют фоточувствительные структуры одного из модулей фотоприемника, работающие в двух областях спектра - 2-3,0 мкм и 3,0-5 мкм.The first and second
В первом изобретении один из фоточувствительных элементов имеет вид трапеции, у которой боковые стороны наклонены к основаниям трапеции под углом α, что позволяет соединять n модулей, соприкасающихся между собой боковыми сторонами трапеций. При соединении n модулей фоточувствительные структуры, работающие в разных областях спектра, имеют вид правильных многоугольников. Стороны каждого многоугольника образованы линейками, чувствительными в одной области спектра.In the first invention, one of the photosensitive elements has the form of a trapezoid, in which the sides are inclined to the bases of the trapezoid at an angle α, which allows you to connect n modules that are in contact with each other on the sides of the trapezoid. When connecting n modules, photosensitive structures operating in different spectral regions have the form of regular polygons. The sides of each polygon are formed by rulers sensitive in one region of the spectrum.
Во втором изобретении второй фоточувствительный элемент имеет вид прямоугольника, и модули соединяют между собой сторонами, свободными от выводов электрических соединений. При этом две фоточувствительные структуры, каждая из которых образована многоэлементными линейками, чувствительными в одной области спектра, имеют вид линеек.In the second invention, the second photosensitive element is in the form of a rectangle, and the modules are interconnected by sides free from the terminals of the electrical connections. In this case, two photosensitive structures, each of which is formed by multi-element lines sensitive in one region of the spectrum, have the form of rulers.
Предлагаемое ФПУ работает следующим образом.The proposed FPU works as follows.
Перед началом работы ФЧЭ 3 и 4 охлаждаются до заданной рабочей температуры. Поток ИК-излучения поступает на фоторезисторы, под действием которого их сопротивление изменяется. Соответствующий этому изменению сигнал в виде приращения тока поступает на входы мультиплексоров 7 и 8, где он усиливается, обрабатывается для получения оптимальной частотной характеристики и коммутируется на один выход.Before starting work, the
Сигналы со всех модулей, входящих в состав ФПУ, поступают в оптико-электронную аппаратуру для дальнейшей обработки.The signals from all modules included in the FPU are fed into the optoelectronic equipment for further processing.
Были изготовлены и испытаны опытные образцы предлагаемого двухспектрального фотоприемника. Первый ФЧЭ представлял собой 256-элементный фоторезистор на основе селенида свинца на подложке из фотостекла. Второй ФЧЭ представлял собой 256-элементный фоторезистор на основе сульфида свинца на подложке из кварцевого стекла. Основание изготовлено из ковара.Prototypes of the proposed dual-spectrum photodetector were manufactured and tested. The first PSE was a 256-element lead selenide photoresistor on a photo-glass substrate. The second PSE was a 256-element lead sulfide based photoresistor on a quartz glass substrate. The base is made of kovar.
Основной параметр фотоприемника - обнаружительная способность D∗λm линейки из PbSe, измеренная на длине волны 4.2 мкм D∗λmax=4·1010 Вт-1 см Гц1/2, a D∗λm линейки из PbS, измеренная на длине волны 2.7 мкм D∗λmax=3·1011 Вт-1 см Гц1/2, что соответствует мировому уровню для приемников этого класса.The main parameter of the photodetector is the detection ability D ∗ λm of the PbSe line measured at a wavelength of 4.2 μm D ∗ λmax = 4 · 10 10 W -1 cm Hz 1/2 , and D ∗ λm of a PbS line measured at a wavelength of 2.7 μm D ∗ λmax = 3 · 10 11 W -1 cm Hz 1/2 , which corresponds to the world level for receivers of this class.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009109552/28A RU2388115C1 (en) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | Dual spectrum photodetector (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009109552/28A RU2388115C1 (en) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | Dual spectrum photodetector (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2388115C1 true RU2388115C1 (en) | 2010-04-27 |
Family
ID=42672802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009109552/28A RU2388115C1 (en) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | Dual spectrum photodetector (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2388115C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2634805C2 (en) * | 2016-03-14 | 2017-11-03 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Гириконд" | Dual-spectrum matrix infrared radiation array detector for optoelectronic sensors |
-
2009
- 2009-03-16 RU RU2009109552/28A patent/RU2388115C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2634805C2 (en) * | 2016-03-14 | 2017-11-03 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Гириконд" | Dual-spectrum matrix infrared radiation array detector for optoelectronic sensors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6789428B2 (en) | How to inspect samples, sensors and systems | |
| US9163995B2 (en) | Techniques for tiling arrays of pixel elements | |
| US9880391B2 (en) | Lens array modules and wafer-level techniques for fabricating the same | |
| US7566853B2 (en) | Image sensor employing a plurality of photodetector arrays and/or rear-illuminated architecture | |
| US20120132806A1 (en) | Sensor array microchip | |
| US6795157B2 (en) | Compound liquid crystal microlens for a sensor | |
| JP2011159967A (en) | Solid-state imaging device, imaging device, and spectroscopic element | |
| US6580089B2 (en) | Multi-quantum-well infrared sensor array in spatially-separated multi-band configuration | |
| WO2000062344A1 (en) | Semiconductor device | |
| US20150116527A1 (en) | Compact array camera modules having an extended field of view from which depth information can be extracted | |
| US20140284746A1 (en) | Solid state imaging device and portable information terminal | |
| US8669508B2 (en) | Sun-tracking system | |
| CN102967365B (en) | Method and system for expanding spectral measurement range of spectrograph | |
| US5075553A (en) | IR sensor for a scanned staggered element linear array having improved cold shielding | |
| CN110987849A (en) | Infrared detector and multi-channel optical filter precision registration method and combined structure | |
| KR20210102026A (en) | Image sensor and electronic device including the same | |
| RU2388115C1 (en) | Dual spectrum photodetector (versions) | |
| US8461529B2 (en) | Variable waveband infrared imager | |
| RU2392691C1 (en) | Photodetector | |
| CN208538861U (en) | Imaging sensor and imaging pixel including multiple imaging pixels | |
| US5864132A (en) | Full image optical detector with spaced detector pixels | |
| Lange et al. | 6000-element infrared focal plane array for reconnaissance applications | |
| US6281486B1 (en) | Off-axis image correction with spaced photodetectors | |
| RU2655947C1 (en) | Infra-red large-format scanning array photodetector | |
| RU2686882C1 (en) | Method to increase accuracy of docking quality control |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20160715 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170630 |