doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-5-903-91


УДК 535.8; 621.383

Исследование оптических явлений в мультиспектральном матричном фотоприемнике на основе кремния

Жбанова В.Л., Парвулюсов Ю.Б.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Жбанова В.Л., Парвулюсов Ю.Б. Исследование оптических явлений в мультиспектральном матричном фотоприемнике на основе кремния // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 5. С. 903–911. doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-5-903-911


Аннотация
Предмет исследования. Представлено исследование в области разработки и создания модернизированных мультиспектральных систем цветоделения многослойного типа, обладающих повышенным цветовым разрешением. Рассмотрены виды структур разработанных шаблонов матричных фотоприемников на основе многослойного кремния с рабочими слоями для применения в синем, зеленом, красном и инфракрасном диапазонах спектра. Метод. Предложена методика расчетов слоев кремния в виде оптических пленок с заданными характеристиками. Слои кремния выполняют функции как чувствительного элемента, так и фильтра определенной длины волны для выделения синиего, зеленого, красного и инфракрасного диапазонов спектра. Выполнен расчет коэффициентов отражения и пропускания для выбранных длин волн при различных углах падения на сенсор. Рассчитан угол Брюстера для этих длин волн. Учтено возможное наличие поверхности сенсора микролинзы. Представлены расчеты для ячеек с четырехслойной и двухслойной структурами при различных комбинациях слоев. Основные результаты. Получены зависимости коэффициентов отражения и пропускания для двухслойных и четырехслойных структур полупроводниковых сенсоров для p- и s-поляризации, также для неполяризованного света. Показано, что минимальным коэффициентом отражения и максимальным коэффициентом пропускания обладает сочетание слоев красного и инфракрасного диапазонов спектра. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы при разработке многослойных мультиспектральных систем с регистрацией инфракрасного излучения. В результате возможно применение пары красного и инфракрасного спектров в качестве основы шаблона матричного фотоприемника, а слои синего и зеленого спектров как вспомогательные для построения полноцветного изображения.

Ключевые слова: фотоприемник, инфракрасный, сенсор, тонкие пленки, многослойный, кремний, потенциальная яма, отражение, пропускание

Благодарности. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-00012, https://rscf.ru/project/21-79-00012/

Список литературы
  1. Yu.B., Zhbanova V.L. Spatial-frequency characteristics of photo matrices for colour image // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1679. N 2. P. 022038. https:// Андрианов В.П., Базаров Ю.Б., Губачев А.В., Дулин О.Н., Елгаёнков А.Е., Каменев В.Г., Кузин В.М., Литвинова М.С., Лобастов С.А., Туркин В.Н., Шубин А.С. Цифровой фотохронографический регистратор для исследования быстропротекающих процессов // Физика горения и взрыва. 2018. Т. 54. № 5. С. 117–121. https://doi.org/10.15372/FGV20180516.
  2. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения. М.: Университетская книга, Логос, 2007. 192 с.
  3. Zhbanova V.L. Features of digital colourimetry application in modern scientific research // Light & Engineering. 2021. V. 29. N 3. P. 146–158. https://doi.org/10.33383/2021-028
  4. Айнбунд М.Р., Егоренков А.А., Пашук А.В. Особенности изображений воды, льда, снега, предметов и человека, формируемых гибридной телевизионной камерой в ближнем инфракрасном диапазоне // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 5. С. 619–625. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-5-619-625
  5. Nonaka Y., Yoshida D., Kitamura S., Yokota T., Hasegawa M., Ootsu K. Monocular color-IR imaging system applicable for various light environments // Proc. of the 2018 IEEE International Conference on Consumer Electronics (ICCE). 2018. P. 1–5. https://doi.org/10.1109/ICCE.2018.8326238
  6. Stotko P., Weinmann M., Klein R. Albedo estimation for real-time 3D reconstruction using RGB-D and IR data // ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. 2019. V. 150. P. 213–225. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2019.01.018
  7. Siekański P., Paśko S., Malowany K., Malesa M. Online correction of the mutual miscalibration of multimodal VIS-IR sensors and 3D Data on a UAV platform for surveillance applications // Remote Sensing. 2019. V. 11. N 21. P. 2469. https://doi.org/10.3390/rs11212469
  8. Choe G., Park J., Tai Y.-W., Kweon I. Refining geometry from depth sensors using ir shading images // International Journal of Computer Vision. 2017. V. 122. N 1. P. 1–16. https://doi.org/10.1007/s11263-016-0937-y
  9. Григорьев Л.В. Кремниевая фотоника. СПб.: Университет ИТМО,2016. 94 с.
  10. Лизункова Д.А. Исследование электрических и оптических свойств фоточувствительных структур на наноструктурированном кремнии: диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Самара, 2018. 150 с.
  11. Хенкин М.В. Электрические, фотоэлектрические и оптические свойства двухфазных пленок гидрогенезированного кремния: диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М., 2015.
  12. Овсюк В.Н., Сидоров Ю.Г., Васильев В.В., Шашкин В.В. Матричные фотоприемники 128 × 128 на основе слоев HgCdTe и многослойных гетероструктур с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs // Физика и техника полупроводников. 2001. Т. 35. № 9. С. 1159–1166.
  13. Rieve P., Walder M., Seibel K., Prima J., Mirhamed A. TFA image sensor with stability-optimized photodiode. Patent US7701023. 2010.
  14. Merrill R.B. Color separation in an active pixel cell imaging array using a triple-well structure. Patent US5965875. 1999.
  15. Lyon R.F., Hubel P.M. Eyeing the Camera: into the Next Century // IS&T Reporter “The window on imaging”. 2002. V. 17. N 6.
  16. Gehrke R., Greiwe A. Multispectral image capturing with Foveon sensors // ISPRS – International Archives of the Photogrammetry Remote Sensing and Spatial Information Sciences. 2013. V. 40. N 1/W2(1). P. 151–156. https://doi.org/10.5194/isprsarchives-XL-1-W2-151-2013
  17. Zhbanova V.L., Parvulyusov Yu.B., Solomatin V.A. Multispectral matrix silicon photodetectors with the IR range registration // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1679. N 2. P. 022039. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1679/2/022039
  18. Solomatin V.A., Parvulyusov doi.org/10.1088/1742-6596/1679/2/022038
  19. Парвулюсов Ю.Б., Жбанова В.Л. Моделирование хода лучей в матричном фотоприемнике с многослойной структурой // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2014. № 4. С. 108–113.
  20. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Физматлит, 2003. 848 с.
  21. Green M.A., Keevers M. Optical properties of intrinsic silicon at 300 K // Progress in Photovoltaics. 1995. V. 3. N 3. P. 189–192. https://doi.org/10.1002/pip.4670030303


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2022 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика