6.3 Технология изготовления матричных пзс

Матрицы ПЗС изготавливаются по МДП-технологии с двухслойным диэлектриком (Si3N4–SiO2) и скрытым каналом N-типа. Минимальная ширина линий на поле 20х20 мм составляет 1 мкм. Двух-, трех- или четырехуровневая структура системы электродов переноса выполняется из поликристаллического кремния, легированного фосфором. Система металлизации приборов состоит из одного или двух уровней алюминия, осаждаемого методом магнетронного распыления или терморезистивным методом. Для электрической изоляции уровней металлизации используется слой оксида кремния, получаемого методом осаждения из газовой фазы, стимулированного плазмой (PECVD). Для формирования необходимого потенциального рельефа в ячейках матриц последовательно проводятся несколько (от двух до пяти) операций прецизионного легирования ионами фосфора и бора с дозами в диапазоне 1012–1013 см^-2.

Матричные приемники ИК-диапазона имеют структуру с барьером Шотки на основе силицида платины. Оригинальная технология изготовления этих приборов включает ряд специфических операций, таких как напыление сверхтонких слоев платины, специальный отжиг для формирования силицида требуемого состава, формирование структуры оптического резонатора и нанесение просветляющего покрытия на обратную сторону подложки. Сборка приемников в корпуса проводится с обеспечением прецизионных геометрических параметров. При этом возможна сборка в корпуса специальной конструкции, в том числе в вакуумплотные газонаполненные с микроохладителями на эффекте Пельтье, в корпуса с входными окнами из высококачественного оптического стекла, кварца или из волоконно-оптических пластин.

Фотоэлектрические параметры приборов измеряются с помощью разработанных на предприятии автоматизированных контрольно-измерительных стендов, обеспечивающих многоступенчатую систему контроля с полным компьютерным управлением. Благодаря точному выбору режима внутреннего геттерирования и специальному водородному отжигу удалось получить низкий темновой ток. На применяемые в производстве ПЗС конструктивно-технологические решения получен ряд авторских свидетельств.

6.4 Матричные фоточувствительные приборы с зарядовой связью (фпзс)

ГУП "НПП "Электрон-Оптроник" разрабатывает и выпускает более 10 моделей ФПЗС различных типов на диапазон длин волн от 0,2 до 5,5 мкм (УФ – ИК-диапазоны). При этом пять моделей – это традиционные для "НПП "Электрон-Оптроник" приборы с модифицированной структурой "виртуальной фазы" (ВФПЗС), созданной в 80-е годы специалистами предприяти «НПП « Электрон-Оптроник». Это приборы форматом от 386х298 до 1300х1225 элементов с так называемой "2,5-фазной структурой" (рис.36), имеющей ряд преимуществ перед оригинальной конструкцией, в числе которых возможность двунаправленного переноса заряда, в полтора-два раза большая зарядовая емкость (и соответственно динамический диапазон прибора), симметрия апертурной характеристики, простая технология изготовления.

Рисунок 36 –Поперечное сечение ФПЗС с виртуальной "2,5-фазной структурой"

Во всех ВФПЗС предусмотрена кадровая организация переноса. Секция накопления их выполнена по двухуровневой поликремниевой технологии. Выпускаются ПЗС с односекционной (Full-Frame) архитектурой или с двумя идентичными секциями, объединенными в единый фоточувствительный массив (Split Full-Frame), а также ПЗС с двухсекционной архитектурой, работающие в режиме кадрового переноса (Frame-Transfer).

Практически все ФПЗС отличаются высокой квантовой эффективностью в УФ- и видимой областях спектра (в среднем около 25 % на 250 нм и до 60% в максимуме, рис. 37). Для них характерны низкие значения неоднородности чувствительности по полю изображения (менее 3%), темновых токов (1-7 электронов при -35^оС) и шумов считывания (8-12 электронов при частоте считывания 1 МГц). Для ПЗС типа ISD-017A на частоте считывания 50 кГц удалось снизить уровень шумов считывания до четырех электронов.

Рисунок 37 – Типовые спектральные характеристики ВФПЗС

Основные области применения ВФПЗС – системы астроориентации и астронавигации искусственных спутников Земли и космических станций, наземная и космическая астрономия, экспериментальное физическое оборудование, биолого-медицинская аппаратура (системы рентгеновской диагностики, флуоресцентной микроскопии, рис. 38), устройства криминалистики, экологического мониторинга и многие другие.

Рисунок 38 – Изображения, полученные с помощью ПЗС ISD-017AP на установке цифровой флюорографии (а) и цифровой рентгенографии (б). Доза облучения пациента в 20 раз меньше, чем в стандартной установке

Для технических систем сверхбольшого телескопа Южно-Европейской обсерватории (проект ESO-VLT) специально разработан ВФПЗС типа ISD-049AP с прецизионной установкой кристалла в корпус. За пять лет было поставлено более 70 таких приборов.

Для считывания изображения с выходных экранов различных электронно-оптических преобразователей выпускаются ПЗС с волоконно-оптическим входным окном (ВОП ПЗС). Изготавливаются они по прецизионной технологии монтажа входного окна, обеспечивающей равномерный по всей площади ПЗС зазор (примерно 3-5 мкм) между внутренней поверхностью волоконно-оптической планшайбы и фоточувствительной поверхностью ПЗС. Характеристики ВОП ПЗС приведены в табл.2. Все матричные ФПЗС выпускаются как в неохлаждаемом варианте, так и в вакуумно-плотном газонаполненном корпусе с термоэлектрическим охлаждением.

Разработки ФПЗС не прекращаются. Продолжается выпуск малыми сериями утоньшенных электронно-чувствительных приборов этого типа с форматами 520x580 и 1024x1024 элементов.