| 1 |
1 января 2011 г.-31 декабря 2011 г. |
Разработка физических принципов функционирования высокочувствительных фотоприемных систем нового типа для пассивной локации в терагерцовом спектральном диапазоне |
| Результаты этапа: Обнаружен новый тип локальных состояний в легированных узкощелевых полупроводниках на основе теллурида свинца. Эти локальные состояния привязаны не к какому-либо определенному положению в энергетическом спектре материала, а к квазиуровню Ферми, расположение которого можно изменять с помощью фотовозбуждения. Энергия связи таких состояний менее 10 мэВ, что приводит к появлению фотоотклика в терагерцовой спектральной области на длинах волн выше 100 мкм.
Продемонстрирована работа фотоприменого устройства терагерцового диапазона на основе полупроводникового сплава Pb0.75Sn0.25Te(In), работающего в режиме периодического накопления и последующего сброса сигнала. Накопление фотосигнала осуществляется за счет явления задержанной фотопроводимости, наблюдающегося в данных материалах при температуре T < 25 K, а сброс накопленного сигнала происходит при подаче коротких (длительностью менее 10 мкс) мощных импульсов радиочастотного диапазона. Показано, что при работе в этом режиме удается зарегистрировать на длине волны 350 мкм (около 900 ГГц) сигнал с NEP = 5 10-19 Вт/Гц1/2 при температуре Т = 1.5 К и NEP = 1.3 10-17 Вт/Гц1/2 при Т = 4.2 К. Данные показатели являются рекордными по чувствительности для прямых приемников излучения терагерцового спектрального диапазона.
Проведены экспериментальные исследования эффективности радиочастотного гашения задержанной фотопроводимости в Pb1-xSnxTe(In) в зависимости от частоты в импульсе, мощности в импульсе и длительности импульса. Установлено, что эффективность гашения сильно возрастает при уменьшении частоты. Наиболее эффективным гашение является при частотах в импульсе менее 100 МГц, если частота в импульсе превышает 700 МГц, гашение не наблюдается вовсе. Показано, что при одинаковой частоте в импульсе эффективность гашения возрастает по мере увеличения мощности и длительности импульса, т.е. уменьшение длительности гасящего импульса при прочих равных может быть компенсировано увеличением его мощности. Продемонстрировано, что гашение может быть «слишком» эффективным. Это проявляется в том, что проводимость материала после окончания импульса гашения падает до своего темнового значения, скорость нарастания сигнала фотопроводимости после окончания импульса гашения резко падает. По всей вероятности, при «слишком эффективном» гашении задержанной фотопроводимости фотовозбужденные электроны локализуются не в метастабильное примесное состояние, отвечающее появлению фотоотклика в терагерцовом спектральном диапазоне, а в более глубоко лежащее по энергии основное примесное состояние, ответственное за эффект стабилизации уровня Ферми. Данный результат является косвенным подтверждением того, что примесные метастабильные состояния в Pb1-xSnxTe(In) возникают только тогда, когда уровень (или квазиуровень) Ферми попадает в разрешенную зону, и привязаны к положению этого уровня. |
| 2 |
1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. |
Разработка физических принципов функционирования высокочувствительных фотоприемных систем нового типа для пассивной локации в терагерцовом спектральном диапазоне |
| Результаты этапа: Продемонстрирована работа фотоприменого устройства терагерцового диапазона на основе полупроводникового сплава Pb0.75Sn0.25Te(In), работающего в режиме периодического накопления и последующего сброса сигнала. Накопление фотосигнала осуществляется за счет явления задержанной фотопроводимости, наблюдающегося в данных материалах при температуре T < 25 K, а сброс накопленного сигнала происходит при подаче коротких (длительностью менее 10 мкс) мощных импульсов радиочастотного диапазона. Показано, что при работе в этом режиме удается зарегистрировать на длине волны 350 мкм (около 900 ГГц) сигнал с NEP = 5 10-19 Вт/Гц1/2 при температуре Т = 1.5 К и NEP = 1.3 10-17 Вт/Гц1/2 при Т = 4.2 К. Данные показатели являются рекордными по чувствительности для прямых приемников излучения терагерцового спектрального диапазона.
Проведены экспериментальные исследования эффективности радиочастотного гашения задержанной фотопроводимости в Pb1-xSnxTe(In) в зависимости от частоты в импульсе, мощности в импульсе и длительности импульса. Установлено, что эффективность гашения сильно возрастает при уменьшении частоты. Наиболее эффективным гашение является при частотах в импульсе менее 100 МГц, если частота в импульсе превышает 700 МГц, гашение не наблюдается вовсе. Показано, что при одинаковой частоте в импульсе эффективность гашения возрастает по мере увеличения мощности и длительности импульса, т.е. уменьшение длительности гасящего импульса при прочих равных может быть компенсировано увеличением его мощности. Продемонстрировано, что гашение может быть «слишком» эффективным. Это проявляется в том, что проводимость материала после окончания импульса гашения падает до своего темнового значения, скорость нарастания сигнала фотопроводимости после окончания импульса гашения резко падает. По всей вероятности, при «слишком эффективном» гашении задержанной фотопроводимости фотовозбужденные электроны локализуются не в метастабильное примесное состояние, отвечающее появлению фотоотклика в терагерцовом спектральном диапазоне, а в более глубоко лежащее по энергии основное примесное состояние, ответственное за эффект стабилизации уровня Ферми. Данный результат является косвенным подтверждением того, что примесные метастабильные состояния в Pb1-xSnxTe(In) возникают только тогда, когда уровень (или квазиуровень) Ферми попадает в разрешенную зону, и привязаны к положению этого уровня.
На базе созданного фотоприемного устройства разработана сканирующая система пассивной локации в терагерцовом спектральном диапазоне. Сканирование изображения осуществляется с помощью оптико-механической системы, время формирования кадра размером 140*140 элементов – 40 с. Испытания системы выявили, что на сигнальном электрическом контуре вследствие гашения задержанной фотопроводимости появляется низкочастотный шум, не позволяющий получить пассивную картину с температурным разрешением менее 20 К при характерном времени на пиксель 1 мс. Для получения требуемого температурного разрешения порядка 1 К при том же пространственном разрешении требуется увеличение времени интегрирования приблизительно в 100 раз, до 4000 с. Предложены способы подавления этого шума для получения пассивной картины в терагерцовом спектральном диапазоне с приемлемым качеством.
|
