![]() |
![]() |
Главная | E-mail | 31.03.2023 |
![]() |
||
Главная страница | О журнале | Авторам | Редколлегия | Контакты | ||
![]() |
||
Научно-технический интернет-журнал Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77-31314 |
|
Формирователи видеосигнала в телекамерах и цифровых фотоаппаратах
Дата публикации : 01.11.2008 | Просмотров : 1460 |
Разработки и производство ФПЗС и цифровых камер на их основе. Часть I. Г. И. Вишневский, В. Г. Коссов, В. К. Нестеров, М. В. Четвергов - ЗАО «НПП «ЭЛАР» М. Г. Выдревич, В. Л. Ривкинд - ЗАО «НПП «СИЛАР»
I. ВВЕДЕНИЕ
Данная статья является первой из серии публикаций, в которых рассматриваются последние достижения группы компаний "СИЛАР" - "ЭЛАР" (Санкт-Петербург) (далее - ГК) в области разработок и производства современных датчиков изображения на основе фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС) и цифровых камер на их основе Компания ЗАО "НПП "ЭЛАР" создана как дочернее предприятие ОАО "ЦНИИ Электрон" в 2007 г. Соучредителями компании являются ОАО "ЦНИИ "Электрон", ЗАО "НПП "СИЛАР" и ООО "СТК СИЛАР". Основная деятельность ЗАО "НПП "ЭЛАР" - разработка и производство фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС). Компании принадлежат более 3000 кв. м производственных площадей, из которых более 800 кв. м - чистые комнаты, а также технологическое и контрольно-измерительное оборудование для производства ФПЗС. В компанию перешел коллектив высококвалифицированных специалистов из ОАО "НПП "Электрон-Оптроник". ЗАО "НПП "ЭЛАР" обладает полностью замкнутым технологическим циклом разработки, производства и испытаний линейных и матричных ФПЗС. На территории России и СНГ "ЭЛАР" является одним из трех предприятий, производящих ФПЗС и на сегодняшний день имеет лучшую среди них специализированную технологическую базу и комплекс контрольно-измерительного и испытательного оборудования. Отдельно следует отметить наличие в составе ЗАО "ЭЛАР" дизайн-центра, обеспечивающего современную компьютерную поддержку всех разработок твердотельных фотоприемников. Производственные возможности ЗАО "ЭЛАР" охватывают широкий спектр ФПЗС, начиная от высокочувствительных матричных фотоприемников со структурой "виртуальная фаза", размерностью до 5 Мпикс для видимого и ультрафиолетового диапазонов спектра и заканчивая матричными ФПЗС инфракрасного диапазона спектра (1?5 мкм). В группу компаний "СИЛАР" входят ЗАО "Научно-производственное предприятие "СИЛАР", образованное в марте 1995 года, и ООО "СТК СИЛАР", образованное в марте 2005 года. Основная деятельность группы компаний "СИЛАР" - разработка и производство цифровых ПЗС-камер на основе ФПЗС, выпускаемых компанией "ЭЛАР". Основными категориями продукции наших предприятий являются: ЗАО "НПП "ЭЛАР":
Группа компаний "СИЛАР":
В последние годы ГК проводит большой объем работ по созданию ФПЗС и оптико-электронной систем, предназначенных для создания космической аппаратуры. В частности, нами были поставлены приборы, использовавшиеся в проектах "Ямал-100,-200,-300", "Ресурс-ДК", "Метеор-М", "Спектр". В числе наших достижений следует отметить разработку и поставку цифровых ПЗС-камер для Европейского Космического Агентства. Продукция ГК востребована в научных, академических и отраслевых центрах России, ближнего и дальнего зарубежья, среди которых Российский Федеральный Ядерный Центр, МГУ им. Ломоносова, ВНЦ ГОИ им. Вавилова, Институт общей физики РАН, Институт спектроскопии РАН, Институт астрономии РАН, Институт физики полупроводников СО РАН, Казанский Государственный университет, Объединённый Институт Ядерных Исследований, Институт солнечно-земной физики СО РАН, ЛОМО, НИИ прецизионного приборостроения, НПО "Астрофизика", Красногорский оптико-механический завод, крупнейшие астрономические обсерватории России и СНГ, а также компании КНР, Германии, Италии, Польши, Вьетнама и других стран.
II ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ БАЗА ПРОИЗВОДСТВА ФПЗС
Собственное производство ФПЗС для видимого и ИК диапазона осуществляется в чистых производственных помещениях классов 100, 1000 и 10000 общей площадью более 800 м2. Производственное подразделение фирмы состоит из участка кремниевого кристального производства, участка резки и монтажа кристаллов, участка технологического контроля параметров приборов.
На предприятии проводится планомерная работа по улучшению параметров приборов и повышению выхода годных. В частности, можно отметить ряд улучшений, внесенных в технологию за последний год:
Высокий технический уровень и качество выпускаемых ФПЗС достигаются за счет широкого применения при их проектировании современных средств моделирования и оптимизации характеристик приборов. Использование программного комплекса SILVACO позволяет реализовать 2-х - 3-х мерное моделирование физических структур и последующих технологических процессов их изготовления. Применение программного комплекса TANNER обеспечивает оптимальность топологического проектирования с представлением управляющей информации в различных форматах, в т.ч. и в международном формате GDS-2. Для создания продукции, отвечающей современным потребностям внутреннего и зарубежного рынков, на ближайшее время планируется развитие технологии ФПЗС по следующим направлениям:
III. МАТРИЧНЫЕ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ
В настоящее время предприятие разрабатывает и выпускает около 20 моделей ПЗС различных типов для диапазонов длин волн от 0,2 мкм до 5,5 мкм (УФ - средний ИК диапазоны).
III.1. Матричные ФПЗС со структурой "виртуальной фазы"
Для работы в диапазонах длин волн от 0,2 до 1 мкм выпускаются ФПЗС с так называемой структурой "виртуальной фазы" (ВФ ПЗС). Особенность данного класса ФПЗС заключается в том, что значительная часть (до 50% и более) фоточувствительной ячейки (пикселя) свободна от поликремниевых электродов (см. рис. 7.), что обуславливает высокую квантовую эффективность прибора как в УФ спектральном диапазоне, так и её интегральное значение.
Практически все ПЗС данного класса отличаются высокой квантовой эффективностью в УФ и видимой областях спектра (порядка 25 % на длине волны 250 нм и до 65% в максимуме, см. рис. 8.). Для этих приборов характерна малая величина неоднородности чувствительности по полю изображения (менее 3%), низкие значения темновых токов (1-:10 эл/элем/сек при -35С), низкие шумы выходных устройств (10 эл. при 1 МГц). При использовании ПЗС типа ELCM1077 было получено значение шумов считывания около 4 эл. при 50 КГц. На рис 8 приведены типовые спектральных характеристики квантовой эффективности ФПЗС с размером элемента 22x22 мкм и различной конструкцией фоточувствительной ячейки.
2 - спектральная характеристика ПЗС с ячейкой, частично свободной от поликремниевых электродов (т.н. ПЗС "с синим окном") 3 - спектральная характеристика ПЗС с 3-х уровневыми параллельными поликремниевыми электродами В таблице 1 приведены типовые фотоэлектрические параметры выпускаемых ВФ ПЗС.
Таблица 1. Типовые фотоэлектрические параметры ВФ ПЗС
Пояснения к таблице 1: SFF (split full-frame): односекционный приемник изображения с фоточувствительной областью, расщепленной на две самостоятельные секции, образующие единый фоточувствительный массив. К каждой секции примыкает горизонтальный регистр считывания. Каждый регистр имеет два выходных устройства с плавающей диффузионной областью, расположенных на его противоположных концах - двухкаскадное (широкополосное) и однокаскадное (низкочастотное, малошумящее). FF (full-frame): односекционный приемник изображения с фоточувствительной областью, к которой примыкает горизонтальный регистр считывания. Регистр имеет два выходных устройства с плавающей диффузионной областью, расположенных на его противоположных концах - двухкаскадное (широкополосное) и однокаскадное (низкочастотное, малошумящее). FT (frame transfer): двухсекционный приемник изображения с кадровым переносом, содержащий секцию накопления, секцию памяти и горизонтальный регистр считывания с одним двухкаскадным (широкополосным) выходным устройством. LN: малошумящий (однокаскадный) выходной узел HS: скоростной (двухкаскадный) выходной узел На рис. 9 представлен внешний вид приборов ELCM 1077P и ELCM 1078P в охлаждаемом варианте исполнения.
III.2. Матричные ФПЗС с волоконно-оптическим входным окном
Предприятие выпускает также и ФПЗС, изготовленные на основе трёхуровневой поликремниевой технологии. Эта технология находит применение для изготовления приборов с волоконно-оптическим входным окном (ВОП ПЗС). Приборы этого класса предназначены для прямой состыковки с выходным экраном электронно-оптического преобразователя (ЭОП) или стрик-камеры. Для изготовления ВОП ПЗС на предприятии разработана прецизионная технология монтажа волоконно-оптического окна, обеспечивающая равномерный зазор между внутренней поверхностью волоконно-оптической планшайбы и фоточувствительной поверхностью ПЗС порядка 3-5 мкм по всей площади ПЗС. В таблице 2 представлены общие характеристики ВОП ПЗС.
Таблица 2 Основные параметры ФПЗС с волоконно-оптическим входным окном.
Все вышеописанные приборы могут выпускаться как в неохлаждаемом варианте, так и с термоэлектрическим охлаждением (в вакуумно-плотном газонаполненном корпусе). ФПЗС типа ELCM 1077PF используется для изготовления цифровых камер типа S2C, которые применяются для диагностики плазмы и лазерных пучков. Эти приборы могут также использоваться для считывания изображения с выходного экрана ЭОП с диаметром фотокатода 25 мм. ФПЗС типа ELCM 1070 F имеет встроенную защиту от локальных пересветок (антиблюминг). Этот прибор используется для изготовления цифровых камер S4Х.
III.3. ПЗС ДЛЯ РАБОТЫ В РЕЖИМЕ ВЗН
Компания "ЭЛАР" занимается также разработками и изготовлением ФПЗС, работающих в режиме временной задержки и накопления (ВЗН). Эти приборы предназначены в первую очередь для создания крупноформатных сборок фотоприемников (фокальных плоскостей) для космических аппаратов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Кроме того, они востребованы в системах машинного зрения. Основные характеристики разрабатываемых и выпускаемых ВЗН ПЗС приведены в таблице 3.
Таблица 3. Основные параметры разрабатываемых и выпускаемых ВЗН ПЗС
* в разработке ВЗН ПЗС типа ELCT1080v1U более 2-х лет успешно эксплуатируются на Российском космическом аппарате ДЗЗ "Ресурс ДК" с оптико-электроной аппаратурой высокого разрешения. Внешний вид ВЗН ПЗС типа ELCT1080v1U в измерительно-технологической таре представлен на рис. 10.
III.4. ИК ПЗС С БАРЬЕРАМИ ШОТТКИ ИЗ СИЛИЦИДА ПЛАТИНЫ
ИК направление представлено приборами на основе диодов с барьером Шоттки. Матричный ИК-ПЗС представляет собой монолитный прибор с зарядовой связью со строчно-кадровым переносом и объемным каналом. Фоточувствительная секция прибора выполнена на основе диодов с барьером Шоттки из силицида платины (PtSi/Si). Считывание информации с фоточувствительного массива осуществляется с помощью вертикальных и горизонтального ПЗС регистров, имеющих 4-х-или 3-х фазную организацию. Спектральный диапазон чувствительности этих приборов 1-5 мкм (рис. 12.), рабочая температура 80К. Основные параметры выпускаемых ИК ПЗС представлены в таблице 4. Таблица 4. Основные параметры выпускаемых ИК ПЗС
На рис 13 представлен внешний вид ИК ПЗС типа ELCM1090.
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Благодаря накопленному научно-техническому потенциалу, коллективу ЗАО "НПП "ЭЛАР" удалось не только сохранить достигнутый уровень, но и добиться значительного прогресса как в технологии изготовления ПЗС, так и в области разработки новых типов матричных фотоприемников. Современное состояние производственной базы, средств проектирования, контроля и испытаний, высокий профессиональный уровень специалистов позволяют предприятию в сжатые сроки проводить разработку и поставку заказных ФПЗС, изготовленных в соответствии с требованиями как гражданских, так и военных стандартов. Результаты разработок цифровых камер будут представлены в следующих публикациях.
Автор(ы) : Г. И. Вишневский, В. Г. Коссов, В. К. Нестеров, М. В. Четвергов, М. Г. Выдревич, В. Л. Ривкинд
Внимание ! Использование любых текстовых или графических материалов(а так-же их фрагментов) с сайта http://www.telephototech.ru возможно с разрешения администрации сайта с обязательным указанием ссылок на первоисточник и авторов статей и публикаций ! |
|