Частотно-контрастная характеристика и эффективная длина диффузии фотогенерированных носителей заряда в фотоприёмных матрицах на основе материала кадмий-ртуть-теллур с разными значениями геометрических параметров

Стучинский В.А., Вишняков А.В., Васильев В.В.

Ссылка для цитирования:

Стучинский В.А., Вишняков А.В., Васильев В.В. Частотно-контрастная характеристика и эффективная длина диффузии фотогенерированных носителей заряда в фотоприёмных матрицах на основе материала кадмий-ртуть-теллур с разными значениями геометрических параметров // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 2. С. 59–66. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-02-59-66

Stuchinsky V.A., Vishnyakov A.V., Vasiliev V.V. Modulation transfer function and effective diffusion length of photogenerated charge carriers in mercury-cadmium-telluride focal-plane diode arrays with different values of geometric parameters [In Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 2. P. 59–56. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-02-59-66

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Пространственное разрешение фотоприёмных матриц и эффективная длина диффузии фотогенерированных носителей заряда в их фоточувствительных слоях. Цель работы. Определение зависимости частотно-контрастной характеристики и эффективной длины диффузии фотогенерированных носителей заряда от размера диодов и толщины фоточувствительного слоя фотоприёмных матриц. Метод. Для анализа диффузии носителей заряда в слое фоточувствительного материала используется моделирование миграции частиц методом Монте-Карло с постоянным шагом прыжка. Основные результаты. Получено, что при постоянном шаге матрицы размером 15 мкм и реалистичных значениях объёмной длины диффузии фотогенерированных носителей заряда в фоточувствительном материале (примерно 20 мкм) разрешение матриц улучшается с одновременным уменьшением эффективной длины диффузии носителей заряда как при увеличении размера диодов, так и при уменьшении толщины слоя фоточувствительного материала под диодами матрицы. Практическая значимость. Установленная зависимость пространственного разрешения от геометрических параметров позволит проектировать фотоприёмные матрицы с высоким пространственным разрешением.

Ключевые слова:

матричный фотоприёмник, диод, фоточувствительный материал, материал кадмий-ртуть-теллур, носители заряда, длина диффузии, функция рассеяния линии, частотно-контрастная характеристика

Коды OCIS: 040.1240, 040.3060, 040.5160, 040.6070, 130.5990, 350.5730

Список источников:

1. Рогальский А. Инфракрасные детекторы / Перевод с англ. под ред. Войцеховского А.В. Новосибирск: Наука, 2003. 636 с.

2. Ллойд Дж.М. Системы тепловидения / Перевод с англ. Васильченко Н.В. М.: Мир, 1978. 414 с.

3. Rogalski A. HgCdTe infrared detector material: history, status and outlook // Rep. Prog. Phys. 2005. V. 68. P. 2267–2336. https://doi.org/10.1088/0034-4885/68/10/R01

4. Lutz H., Breiter R., Eich D., Figgemeier H., Fries P., Rutzinger S., Wendler J. Small pixel pitch MCT IR-modules // Proc. of SPIE. 2016. V. 9819. P. 98191Y. https://doi.org/10.1117/12.2223841

5. Rogalski A. Progress in focal plane array technologies // Progress in Quantum Electronics. 2012. V. 36. P. 342–473. https://doi.org/10.1016/j.pquantelec.2012.07.001

6. Хадсон Р. Инфракрасные системы / Перевод с англ. Герчикова Я.Б., Голубчика Ю.Е., Кина С.Г. М.: Мир, 1972. 535 с.

7. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение. М.: Мир, 1988. 416 с.

8. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Советское радио, 1978. 400 с.

9. Berthoz J., Rubaldo L., Brunner A., Maillard M., Vojetta G., Jomard N., Courtas S., Péré -Laperne N., Rochette F., Gravrand O., Billon-Lanfrey D. Range infrared detector issues in the SWAPc and pitch reduction context // Proc. of SPIE. Infrared Technology and Applications XLVI. 2020. V. 11407. P. 1140715 (5 May 2020). https://doi.org/10.1117/12.2561306

10. Berthoz J., Grille R., Rubaldo L., Gravrand O., Kerlain A., Pere-Laperne N., Martineau L., Chabuel F., Leclercq D. Modeling and characterization of MTF and spectral response at small pitch on mercury cadmium telluride // J. Electron. Materials. 2015. V. 44. № 9. P. 3157–3162. https://doi.org/ 10.1007/s11664-015-3857-7

11. Boreman G.D. Modulation transfer function in optical and electro-optical systems. Second edition. 2021. V. TT121. 156 p. https://doi.org/10.1117/3.419857

12. Gunapala S.D., Ting D.Z., Soibel A., Rafol S.B., Khoshakhlagh A., Mumolo J.M., Liu J.K., Keo S.A., Hill C.J. Modulation transfer function of infrared focal plane arrays // Proc. of the IEEE Photonics Conference. Bellevue, USA. 08–12 Sept. 2013. P. 600–601. https://doi.org/10.1109/IPCon.2013.6656437

13. Vishnyakov A.V., Stuchinsky V.A., Brunev D.V., Zverev A.V., Dvoretskii S.A. Analysis of charge-carrier diffusion in the photosensing films of HgCdTe infrared focal plane array detectors // J. Appl. Phys. 2015. V. 118. № 12. P. 124508-(1–9). https://doi.org/10.1063/1.4931614

14. Martineau L., Rubaldo L., Chabuel F., Gravrand O. MTF optimization of MCT detectors // Proc. of SPIE. 2013. V. 8889. P. 88891B. https://doi.org/10.1117/12.2028883

15. Стучинский В.А., Вишняков А.В. Простой подход к моделированию методом Монте-Карло диффузии фотогенерированных носителей заряда в многоэлементных фотоприёмниках диодного типа и некоторые применения этого подхода // Тр. XXV Междунар. науч.-техн. конф. по фотоэлектронике и приборам ночного видения в двух томах. Т. 2. Москва. Россия. 24–26 мая 2018. АО «НПО «Орион». Издательство «ОФСЕТ МОСКВА». C. 430–433.

16. Appleton B., Hubbard T., Glasmann A., Bellotti E. Parametric numerical study of the modulation transfer function in small-pitch InGaAs/InP infrared arrays with refractive microlenses // Optics Express. 2018. V. 26. № 5. P. 5310–5326. https://doi.org/ 10.1364/OE.26.005310