Аннотации (12.2009) : МАТРИЧНЫЕ МИКРОБОЛОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИЕМНИКИ ДЛЯ ИНФРАКРАСНОГО И ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНОВ

МАТРИЧНЫЕ МИКРОБОЛОМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИЕМНИКИ ДЛЯ ИНФРАКРАСНОГО И ТЕРАГЕРЦОВОГО ДИАПАЗОНОВ

© 2009 г. М. А. Демьяненко*, канд. физ.-мат. наук; Д. Г. Есаев*, канд. физ.-мат. наук; В. Н. Овсюк*, доктор физ.-мат. наук; Б. И. Фомин*, канд. техн. наук; А. Л. Асеев*, академик РАН; Б. А. Князев**, ***, доктор физ.-мат. наук; Г. Н. Кулипанов***, академик РАН; Н. А. Винокуров***, доктор физ.-мат. наук

* Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, г. Новосибирск

** Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск

*** Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск

*** E-mail: esaev@thermo.isp.nsc.ru

Представлены результаты разработки фотоприемников для инфракрасного и терагерцового диапазонов на основе неохлаждаемых матричных микроболометрических приемников, изготовленных по золь-гель технологии. Продемонстрированы приемники форматом 320×240 элементов, имеющие в диапазоне 8–14 мкм температурное разрешение менее 100 мК и пороговую мощность 160 пВт/пиксел при времени отклика 12–16 мс. Пороговая мощность на длине волны 130 мкм составила 33 нВт/пиксел при визуализации терагерцового изображения форматом 160×120 со скоростью 90 кадр/с. Разработана конструкция сопряжения антенны с неохлаждаемым высокоомным микроболометром интегрального исполнения, позволяющая значительно увеличить чувствительность приемника в терагерцовом диапазоне.

Ключевые слова: микроболометр, антенна, оксид ванадия, неохлаждаемый, матричный, инфракрасный, терагерцовый, приемник.

Коды OCIS: 040.1240, 040.1880, 040.3060, 140.2600.

УДК 535.231.62: 535.14

Поступила в редакцию 30.03.2009.

Microbolometer detector arrays for the infrared and terahertz ranges

M. A. Dem'yanenko, D. G. Esaev, V. N. Ovsyuk, B. I. Fomin, A. L. Aseev, B. A. Knyazev, G. N. Kulipanov, and N. A. Vinokurov

This paper presents the results of the development of photodetectors for the IR and terahertz ranges, based on uncooled microbolometer detector arrays fabricated by the sol-gel technology. Detectors with a 320×240-element format are demonstrated, having a temperature resolution better than 100mK and a threshold power of 160pW/pixel in the 8-14-μm range, with a response time of 12-16ms. The threshold power at a wavelength of 130μm was 33nW/pixel for a terahertz image visualized in a 160×120 format at a rate of 90frame/sec. A design was developed to match an antenna with an uncooled high-resistance integrated microbolometer, allowing the detector sensitivity to be significantly increased in the terahertz range.

ЛИТЕРАТУРА

1. Richards P.L. Bolometers for infrared and millimeter waves // J. Appl. Phys. 1994. V. 76. № 1. P. 1–24.

2. Rice J.P., Grossman E.N., Rudman D.A. Antenna-coupled high-Tc air-bridge microbolometer on silicon // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 65. P. 773–775.

3. Luukanen A., Pekola J.P. A superconducting antenna-coupled hot-spot microbolometer // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82. P. 3970–3972.

4. Lee A.T., Richards P.L., Nam S.W., Cabrera B., Irwin K.D. A superconducting bolometer with strong electrothermal feedback // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69. P. 1801–1803.

5. Williams B.S., Kumar S., Hu Q., Reno J.L. High-power terahertz quantum-cascade lasers // Electron. Lett. 2006. V. 42. № 2. P. 89–91.

6. Bolotin V.P., Vinokurov N.A., Kayran D.A., Knyazev B.A., Kolobanov E.I., Kotenkov V.V., Kubarev V.V., Kulipanov G.N., Matveenko A.N., Medvedev L.E., Miginsky S.V., Mironenko L.A., Oreshkov A.D., Ovchar V.K., Popik V.M., Salikova T.V., Serednyakov S.S., Skrinsky A.N., Shevchenko O.A., Scheglov M.A. Status of the Novosibirsk terahertz FEL // Nuclear Instr. and Methods in Phys. Res. 2005. V. A543. P. 81–85.

7. Lee A.W.M., Qin Q., Kumar S., Williams B.S., Hu Q., Reno J.L. Real-time terahertz imaging over a stand-off distance (>25 meters) // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. 141125.

8. Dem’yanenko M.A., Esaev D.G., Knyazev B.A., Kulipanov G.N., Vinokurov N.A. Imaging with a 90 frames/s microbolometer focal plane array and high-power terahertz free electron laser // Appl. Phys. Lett. 2008. V. 92. 131116.

9. Rogalski A. Infrared detectors. Singapore: Gordon and Breach Science Publishers, 2000. 681 c.

10. Blackwell R., Lacroix D., Bach T., Ishii J., Hyland S., Geneczko J., Chan S., Sujlana B., Joswick M. Uncooled VOx thermal imaging systems at BAE Systems // Proc. SPIE. 2008. V. 6940. 694021-1.

11. Fieque B., Robert P., Minassian C., Vilain M., Tissot J.L., Crastes A., Legras O., Yon J.J. Uncooled amorphous silicon XGA IR FPA with 17 μm pixel-pitch for High End applications // Proc. SPIE. 2008. V. 6940. 69401X-1.

12. Овсюк В.Н., Шашкин В.В., Демьяненко М.А., Фомин Б.И., Васильева Л.Л., Соловьев А.П. Неохлаждаемые матричные микроболометрические приемники ИК излучения на основе золь-гель VOx // Прикладная физика. 2005. № 6. С. 114–117.

13. Чистохин И.Б., Демьяненко М.А. Определение тепловых параметров микроболометров из электрических измерений // Прикладная физика. 2006. № 1. С. 91–95.

14. Dem’yanenko M.A., Fomin B.I., Ovsyuk V.N., Marchishin I.V., Parm I.O., Vasil’ieva L.L., Shashkin V.V. Uncooled 160Ч120 microbolometer IR FPA based on sol-gel VOx // Proc. SPIE. 2005. V. 5957. 59571R.

15. Винокуров Н.А., Князев Б.А., Кулипанов Г.Н., Матвиенко А.Н., Попик В.М, Черкасский В.С., Щеглов М.А. Визуализация излучения мощного терагерцового лазера на свободных электронах с помощью термочувствительного интерферометра // ЖТФ. 2007. Т. 77. № 7. С. 91–100.

Полный текст