Far-infrared and terahertz matrix detectors as the basis of one of the perspective areas for the development of radar systems
Abstract
This paper considers modern detectors in the far-infrared and terahertz ranges to create additional channel for optical detection of objects in passive mode. Particular attention is paid to the matrix photonic detectors on the basis of solid PbSnTe:In solutions. The results are given indicating the fundamental possibility of creating a photonic detector. The absorption by band-band transitions must be used in such detectors. The results on development of monolithic photodetector equipment and threshold characteristics of detectors are analyzed.
About the Authors
A. N. Akimov
ИФП СО РАН имени А.В. Ржанова
Russian Federation
Russian Federation
A. E. Klimov
ИФП СО РАН имени А.В. Ржанова
Russian Federation
Russian Federation
I. G. Neizvestny
РАН
Russian Federation
Russian Federation
S. P. Suprun
ИФП СО РАН имени А.В. Ржанова
Russian Federation
Russian Federation
V. N. Shumsky
ИФП СО РАН имени А.В. Ржанова
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Основы тепловидения: учебное пособие / В. В. Коротаев, Г. С. Мельников, С. В. Михеев, В. М. Самков, и др. СПб: НИУ ИТМО, 2012, 122 с.
2. Скворцов Л. А. Дистанционное обнаружение (Standoff) скрытых взрывчатых веществ, холодного и огнестрельного оружия с помощью методов импульсной терагерцовой спектроскопии и активного формирования спектральных изображений (Обзор) // Журнал прикладной спектроскопии. 2014. Т. 81, № 5. С. 653-678.
3. Шоломицкий Г. Б. Инфракрасное небо и космические исследования // Земля и Вселенная. 1994. №1. С. 3-12.
4. Submillimeter bolometers large arrays for Hershel/PACS / F. Simoens, P.Agnese, A. Begum, et al.// Joint 30th Int. Conf. on Infrared and Millimeter Waves & 13th Int. Conf. on Terahertz Electronics. Williamsburg, Virginia, USA, September 19-23 2005. P.405-404.
5. Large bolometers arrays with superconducting NbSi sensors for future space experiments / F. Pajot, Y. Atik, C. Evesque, et al. // J. Low Temperature Physics. 2008. V. 151, № 1/2, P. 513-517.
6. Development of NbSi TES bolometer arrays for submillimeter astronomy / F. Pajot, Y. Atik, B. Belier, et al. // Int. Conf. on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, Busan, Korea, September 21-25, 2009. P.1-2.
7. Submillimeter-wave Camera using SIS Photon Detectors / H. Matsuo, Y. Mori, H. Ezawa, et al. // Int. Conf. on Infrareded and Millimeter Waves Int. Conf. on Teraherz Electronics (IRMMW-THz2006), Shanghai, Sept., 2006, p.28.
8. THz superconducting hot electrons bolometer heterodyne receiver. / J.R. Gao, M. Hajenius, Z.Q. Yang, et al. // Int. Conf. on Teraherz Electronics (IRMMW-THz2006), Shanghai, Sept., 2006, p.545.
9. A broadband terahertz detector using a superconducting tunnel junction / T. Taino, R. Nakano, S. Yoshimura, et al. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 2006. V. 559, №2. P.751-753.
10. Design of a Terahertz Detector based on a Superconducting Tunnel Junction Coupled to a Thin Superconductor Film / S. Ariyoshi, T. Taino, A. Dobroiu, et al. // Int. Conf. on Infrareded, Millimeter and Terahertz Waves, Busan, Korea, September 21-25. Proceedings of Conference. 2009.
11. Рогальский А. Инфракрасные детекторы: Пер. с англ./ Под ред. А. В. Войцеховского. -Новосибирск: Наука, 2003. 636 с.
12. Leotin J. Far infrared photoconductive detector // Proc. SPIE, 1986, V. 666, P. 81-100.
13. Неравновесное металлическое состояние в сплавах Pb1-xSnxTe(In) / Б. А. Акимов, Б. А. Брандт, С. А. Богословский, Л. И. Рябова и др. // Письма ЖЭТФ. 1979. Т. 29, № 1. С. 11-14.
14. Особенности явлений переноса в Pb0,78Sn0,22Te с большим содержанием индия / Б.М. Вул, И. Д. Воронова, Г. А. Калюжная, Т. С. Мамедов, и др. // Письма ЖЭТФ. 1979. Т. 29, № 1. C. 21-25.
15. Surface LTT-film structure with In doping / E. V. Fedosenko, A. E. Klimov, D. V. Krivopalov, et al. // Appl. Surface Sci. 1994. V.78, № 4. P. 413-420.
16. Коррекция свойств плёнок PbSnTe<In>, полученных МЛЭ, при помощи низкотемпературных диффузионных отжигов / Л. Ф. Васильева, А. Э. Климов, Н. И. Петиков, В.Н. Шумский // Неорганические материалы. 2001. Т. 37, № 2. С. 193-198.
17. Инфракрасный обзор неба широкоугольным охлаждаемым телескопом на солнечносинхронном ИСЗ «Ника-И» (Проект ИКОН) / Г.Б.Шаломицкий, И.А.Маслов, B.П.Архипова, и др. // ИКИ РАН, Москва, 1995, 93 с.
18. Deep Cooling 2* 128 Elements Hybrid Photoresistor Device for Spectral Range 6-20 p,m Based on Epitaxial PbSnTe<In> Films Prepared by MBE Technique / G. N. Feofanov, A. A. Frantsuzov, A. G. Klimenko, A. E. Klimov, et al. // Proceedings 1995 International Semiconductor Device Research Symposium, Sharlottesville, USA. 1995. V.1. P. 291-295.
19. Климов А. Э., Шумский В. Н. Многоэлементные фотоприёмные устройства дальнего ИК-диапазона на основе гетероэпитаксиальных плёнок PbSnTe, легированных In, на BaF2 // в монографии «Матричные фотоприёмные устройства инфракрасного диапазона», под ред. С. П. Синицы. Новосибирск: Наука, 2001. Гл. 6. С. 308-372.
20. Селективная фотопроводимость в PbTe(Ga), индуцированная локальной фононной модой / А. И. Белогорохов, И. И. Иванчик, С. В. Пономарёв, Е. И. Слынько, и др. // Письма ЖЭТФ. 1996. Т. 63, № 5. С. 342-346.
21. Performance and spectral response of PbSnTe(In) far infrared detectors / D. R. Khokhlov, I. I. Ivanchik, S. N. Rains, D. M. Watson, et al. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 76. № 20. P. 28352837.
22. Klimov A. E., Shumsky V. N. Far infrared and submillimeter range photosensitive devices based on Pb1-xSnxTe films: results and perspectives // Proc. SPIE. 2005. V. 5964. P.95-103.
23. Klimov A. E., Kubarev V. V., Shumsky V. N. Terahertz sensitivity of Pb1-xSnxTe:In // The 8th Russia/CIS/Baltic/Japan Symposium on Ferroelectricity, Tsukuba, Japan, May 15-19, 2006, Abstracts, p. 63.
24. Фоточувствительность плёнок Pb1-xSnxTe<In> в терагерцовой области спектра / A. Н. Акимов, В. Г. Ерков, А. Э. Климов, В. В Кубарев., и др. // ФТП, 2006, Т. 40, № 2. C. 169-173.
25. Klimov A. E., Kubarev V. V., Shumsky V. N. Terahertz sensitivity of Pb1-xSn xTe:In // Ferroelec-trics. 2007. V. 347. P. 111-119.
26. Чувствительность плёнок Pb1-xSnxTe в субмиллиметровом диапазоне / А. Н. Акимов, B. В. Кубарев., И. Г. Неизвестный, О. В. Смолин, и др., // Прикладная физика. 2007. № 6. C.12-16.
27. Чувствительность плёнок PbSnTe:In к субмиллиметровому излучению в условиях полевой инжекции электронов / А. Н. Акимов, А. В. Беленчук, В. Г. Ерков, А. Э. Климов, и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007. № 12. C. 18-24.
28. Шумский В. Н. Тонкоплёночные микроструктуры на основе PbSnTe:In как сенсоры инфракрасного и терагерцового излучения // Электроника Сибири. 2008. № 3. C.147-153.
29. Токи инжекции в узкозонном диэлектрике Pb1-xSnxTe<In> / А. Н. Акимов, В. Г. Ерков, А. Э. Климов, Е. Л. Молодцова, и др. // ФТП. 2005. Т. 39. № 5. С. 563-568.
30. Klimov A. E., Shumsky V. N. Shallow traps and limitation of injection current by space charge in PbSnTe:In narrow gap ferroelectric // Physica B. 2009. V. 404, № 23-24, P. 5028-5031.
31. Klimov A. E., Shumsky V. N.Localized States in Narrow-Gap Ferroelectric -Semiconductor PbSnTe: Injection Current, IR and THz Photosensivity, Magnetic Field Effects // In: Ferroelec-tric-Phisical Effects, Edited by M. Lallart, Rijeca, Croatia, 2011, Ch. 23. P. 527-552.
32. Перспективы применения твёрдых растворов Pb1-xSnxTe:In с х > 0.3 для фотоприёмников с расширенным спектральным диапазоном / А. Н. Акимов, Д. В. Ищенко, А. Э. Климов, И. Г. Неизвестный, и др. // Микроэлектроника 2013, Т. 42. № 2. C. 83-87.
33. Тонкоплёночные структуры PbSnTe:In/BaF2/CaF2/Si для монолитных матричных фотоприёмных устройств / А. Н. Акимов, А. В. Беленчук, А. Э. Климов, М. М. Качанова и др. // Письма в ЖТФ. 2009/ T. 35, № 11, C. 88-95.
34. Growth of (111)-oriented PbTe films on Si(001) using a BaF2 buffer / A. Belenchuk, A. Fedorov, H. Huhtinen, V. Kantser, et al. // Thin Solid Films. 2000. V. 358, № 1-2. P. 277-281
Review
For citations:
Akimov A.N., Klimov A.E., Neizvestny I.G., Suprun S.P., Shumsky V.N. Far-infrared and terahertz matrix detectors as the basis of one of the perspective areas for the development of radar systems. The Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Information Science. 2015;(2):37-50. (In Russ.)
Views:
344
Email this article 