Журнал "Системы Безопасности" № 1‘2023

В И Д Е О Н А Б Л Ю Д Е Н И Е И В И Д Е О А Н А Л И Т И К А 66 и более сложных в конструктивном и техноло- гическом отношениях приборов на квантовых точках QDIP и сверхрешетках 2-го рода T2SL. Однако приборы двух последних типов пока находятся в стадии создания эксперименталь- ных образцов. Технологические проблемы, стоящие сегодня на пути их совершенствования, не дают пока возможности однозначно опреде- лить их перспективы. Главной причиной такого положения дел является отсутствие технологи- ческой возможности надежно контролировать размеры и однородность распределения кван- товых точек в структуре. Приборы на основе T2SL показывают хорошие результаты: они имеют большую квантовую эффективность, большее время жизни и, как следствие, боль- шую рабочую температуру, чем QWIP. Однако T2SL-структуры по сравнению с КРТ имеют пока в несколько раз большую остаточную концент- рацию примесей в активной области, что вызы- вает избыточные туннельные токи. В результате датчики на основе T2SL сегодня приближаются по своим характеристикам к аналогам на осно- ве КРТ, но еще далеки до приборной реализа- ции в промышленных масштабах. Тем не менее продолжаются исследовательские работы по использованию других материалов и техноло- гий с целью улучшения параметров ИК-датчи- ков. Например, для изменения спектрального диапазона и повышения разрешения разраба- тывается новая технология на основе сверхре- шеток AlGaAs/GaAs (арсенида алюминия-гал- лия, арсенида галлия), которые позволяют изменять спектральный диапазон и чувстви- тельность ИК-датчика. Основные производители и параметры длинно- волновых охлаждаемых приемников представ- лены в табл. 1. Микроболометры – основной, с большим отрывом, тип детекто- ров для создания неохлаждаемых и отно- сительно недорогих ИК- камер (рис. 4). Стои- мость матричных детек- торов на основе микро- болометров при про- мышленном производ- стве на два порядка меньше, чем стоимость матриц на основе HgCdTe, InSb, при этом типичные значения минимальной эквива- лентной шуму разности температур (noise equi- valent temperature diffe- rence, NETD) для боло- метрических матриц составляют 50–100 мК (для датчиков на основе HgCdTe типичны значения порядка 10 мК). Важ- нейшим преимуществом болометрических инфракрасных детекторов является возмож- ность работы без охлаждения (при температу- рах около 300 К), в то время как большинство других детекторов действуют при криогенных температурах. Болометры – это неселективные детекторы, которые могут действовать в спек- тральных диапазонах 3–5 и 8–12 мкм. Современные датчики для ИК-камер К целям модернизации ИК-систем относятся расширение функций, увеличение числа используемых спектральных диапазонов, при- менение современной электронной компонент- ной базы, повышение разрешения и дальности обнаружения, улучшение стабилизации при установке на движущихся платформах. В последние годы непрерывно растет количество сообщений о новых ПЗС- и КМОП-датчиках изоб- ражения ультравысокого разрешения в видимом и NIR-диапазонах, которые находят применение в разных сферах. КМОП- и ПЗС-камеры являются великолепными приборами, которые все время совершенствуются, но для работы данным сенсо- рам требуется дневной свет. Некоторые из таких датчиков приведены в табл. 2. Неохлаждаемые датчики теплового диапазона, представленные в табл. 3, выпускаются серийно мировыми производителями и широко пред- ставлены на мировом рынке. Одна из насущных проблем в тепловидении – переход на ИК-датчики высокой четкости (HD). Компании Sofradir (Франция), Sierra Olympic Technologies (США), IR Cameras (США), FLIR Systems (США), BAE Systems (Англия) и др. являются ключевыми в области создания изде- лий для диапазонов SWIR, MWIR и LWIR. Ведут- ся подобные разработки и в России. Основные параметры ИК-датчиков высокого разрешения (HD) приведены в табл. 4. Технологические трудности возникают при соз- дании ИК-датчиков высокого разрешения, работающих в диапазоне LWIR. Еще в 2016 г. фирма LYNRED (бывшие Sofradir и Ulis) объ- явила об уменьшении размеров элементов ИК- датчиков с 17 до 12 мкм, что позволяет суще- ственно расширить сферу применения ИК- систем. Создание ИК-датчиков с размерами пикселей 10–12 мкм дает возможность умень- шить фокусное расстояние и снизить размеры оптики, сохраняя при этом дальность обнару- жения, распознавания и идентификации, уменьшить размеры электронного блока и сни- зить мощность потребления. Причем благода- ря уменьшению размеров на носителе может быть установлено несколько ИК-камер с целью обеспечения широкоохватного наблюдения путем объединения информации от отдельных датчиков. Если в 2014 г. компании-производители анонси- ровали ИК-камеры на датчиках формата 1 024x768 пк для диапазона LWIR и формата 1 280x1 024 пк для диапазона MWIR, то в 2017 г. Sierra Olympic Technologies представила уже ИК-камеру Viento HD на ИК-датчике форма- та 1 920x1 200 пк с размером пикселя 12 мкм для диапазона LWIR, а для диапазона MWIR – февраль – март 2023 www.secuteck.ru Марка Mars LW Scorpio LW Sirius LW Hawk LW Harier LW - "Астрон- 640КЯ20" Фирма (страна) Lynred (Франция) Finmeccanica (Англия) AIM (Германия) "Астрон"/ "Светлана" (Россия) Формат 320х256 640х512 640х512 640х512 640х512 640х512 640х512 Шаг, мкм 30 15 20 16 24 20 20 Технология HgCdTe QWIP HgCdTe QWIP QWIP Т раб , К 80 80 73 80 80 70 ≤70 Таблица 1. Основные производители длинноволновых охлаждаемых приемников Таблица 2. Основные параметры наилучших по разрешению датчиков изображения видимого диапазона Тип датчика Формат датчика, пк Размер пикселей, мкм Размер светочувствительной площади, мм Частота кадров, Гц FTF7046M (CCD) 6 936x4 616 5,2x5,2 36x24 - AR1820HS 4 912x3 684 1,25x1,25 6x4 24 CHR70M 10 000x7 096 3,1x3,1 35x24 3 EV75C776 4 096x4 096 2,8x2,8 11,5x11,5 45 Rython OIP1XX025KA 5 120x5 120 4,5x4,5 23x23 32 APS-H-CMOS 19 580x12 600 1,4х1,4 29,2x20,2 5 Рис. 4. Развитие ИК-датчиков различного типа. Источник: Yole Development