radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical Universityradioelectronics-176Research ArticleТЕЛЕВИДЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙTELEVISION AND IMAGE PROCESSINGОптимизация режима работы твердотельного фотоприемника в ближнем инфракрасном участке спектраOptimization of an Operation Mode of the Solid-State Image Sensor in a Short-Wave Infrared RegionБелоусД. А.BelousD. A.

бакалавр техники и технологии по направлению "Радиотехника" (2015), ин­ женер кафедры радиоэлектронных средств

Bachelor of technique and technology for the Radio technology (2015) direction, the engineer of department of Radio-electronic means

belous8890@gmail.comСанкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В. И. Ульянова (Ленина)РоссияSaint Petersburg State Electrotechnical university "LETI"Russian Federation201728062017036065Copyright © Белоус Д.А., 20172017Белоус Д.А.Belous D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/176

Показано теоретически и подтверждено экспериментально увеличение квантовой эффективности кремниевых фотоприемников в ближнем инфракрасном участке спектра 900...1100 нм при повышении температуры кристалла. Увеличение вызвано уменьшением ширины запрещенной зоны кремния при повышении температуры кристалла от 50 до 130 °С. Экспериментальное исследование темновых токов показало, что для КМОП-сенсоров фирмы "Sony" их значение аномально мало вплоть до температуры 130 °С. Таким образом, возможна оптимизация температуры кристалла фотоприемника по критерию отношения "сигнал/шум". Установлено, что при повышении температуры кристалла до 80…120 °С отношение "сигнал/шум" на длине волны 1064 нм увеличивается в 2-3 раза.

Increase in quantum efficiency of silicon image sensor in the short-wave infrared range 900…1100 nm is shown theoretically and confirmed experimentally in case of temperature increase of a crystal. This increase is caused by reduction of width of the forbidden band of silicon in case of temperature increase of a crystal from +50 °C to +130 °C. The experimental study of the dark currents showed that for CMOS-sensors of Sony their value anomally small up to temperature of +130 °C. Thus, optimization of temperature of a crystal of the image sensor by criterion of the relation signal/noise is possible. It is set that in case of temperature increase of a crystal to +80 °…+120 °C the relation signal/noise by operation on wavelength of 1064 nanometers increases in 2 … 3 times.

КМОП-сенсоринфракрасный участок спектраквантовая эффективностьтемновой токлидарCMOS-sensorshort-wave infrared rangequantum efficiencythe dark currentlidarReferencesPat. RU 2 022 251 C1. G01N21/61 (1990.01). Лидарный комплекс контроля загрязнения воздуха / A. B. Козырев, В. Д. Шаргородский; опубл. 10.10.1994. Бюл. № 3.Kozyrev A. B., Shargorodsky V. D. Lidarnyi kompleks kontrolya zagryazneniya vozdukha [Lidar complex for air pollution control]. Patent RF, no. 2022251, 1994. (In Russian)Кац Я. Г., Рябухин А. Г. Космическая геология. М.: Просвещение, 1984. 80 с.Kats Ya. G., Ryabukhin A. G. Kosmicheskaya geologiya [Space geology]. Moscow, Prosveshchenie, 1984, 80 p. (In Russian)Управление режимом накопления в твердотельных фотоприемниках / А. А. Умбиталиев, А. К. Цыцулин, А. А. Манцветов, В. В. Козлов, А. Е. Рычажников, П. С. Баранов, А. В. Иванова // Опт. журн. 2012. Т. 79, № 11. С. 84-92.Umbitaliev A. A., Tsytsulin A. K., Mantsvetov A. A., Kozlov V. V., Rychazhnikov A. E., Baranov P. S., Ivanova A. V. Upravlenie rezhimom nakopleniya v tverdotel'nykh fotopriemnikakh [Control of accumulation mode in solidstate photodetectors]. J. of Optical Technology, 2012, vol. 79, no. 11. pp. 84-92. (In Russian)URL: http://www.sony-semicon.co.jp/products_en /new_pro/february_2016/imx253_255_e.html (дата обращения 06.05.2017).Available at: http://www.sony-semicon.co.jp /products_en/new_pro/february_2016/imx253_255 _e.html (accessed: 06 May 2017). (In Russian)Белоус Д. А. Чувствительность твердотельных фотоприемников в ближней инфракрасной области спектра при высокой температуре // Вопр. радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2017. Вып. 2. С. 41-47.Belous D. A Sensitivity of solid-state photodetectors in near infrared spectrum at high temperature. Voprosy radioelektroniki. Ser. Tekhnika televideniya [Questions of radio electronics. Ser. Technique of television]. 2017, no. 2, pp. 41-47. (In Russian)Анализ количества темновых электронов твердотельных фотоприемников при высокой рабочей температуре / К. В. Стрижнев, Д. А. Белоус, П. С. Баранов, В. Т. Литвин, А. А. Манцветов, В. А. Михайлов // Вопр. радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2017. Вып. 2. С. 31-40.Strizhnev K. V., Belous D. A., Baranov P. S., Litvin V. T., Mantsvetov A. A., Mikhailov V. A. Analysis of the amount of dark electrons of solid-state photodetectors at high operating temperature. Voprosy radioelektroniki. Ser. Tekhnika televideniya [Questions of radio electronics. Ser. Technique of television]. 2017, no. 2, pp. 31-40. (In Russian)Varshni Y. P. Temperature dependence of the energy gap in semiconductors // Physica. 1967. Vol. 34, № 1. P. 149-154.Varshni Y. P. Temperature dependence of the energy gap in semiconductors. Physica. 1967, vol. 34, no. 1, pp. 149-154.Physical properties of semiconductors / Ioffe Physico-Technical Institute (Saint Petersburg, Russia). URL: http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond (дата обращения 06.05.2017).Physical properties of semiconductors / Ioffe Technical Institute (Saint Petersburg, Russia). Available at: http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond (accessed: 6 May 2017). (In Russian)URL: www.npk-photonica.ru/images/icx429all2.pdf (дата обращения 06.05.2017).Available at:_ www.npk-photonica.ru/images /icx429all2.pdf (accessed: 6 May 2017). (In Russian)URL: http://www.sony-semicon.co.jp/products_en/IS /sensor0/img/product/cmos/imx136lqj_llj.pdf (дата обращения 06.05.2017).Available at: http://www.sony-semicon.co.jp /products_en/IS/sensor0/img/product/cmos/imx136lqj_llj.pdf (accessed: 6 May 2017).Durini D. High Perfomance Silicon Imaging. Fundamentals and Applications of CMOS and CCD Image Sensor. Amsterdam: Elsevier. Woodhead Pub., 2014. 450 p.Durini D. High Perfomance Silicon Imaging. Fundamentals and Applications of CMOS and CCD Image Sensor. Amsterdam, Elsevier, Woodhead Pub., 2014, 450 p.Image sensors and signal processing for digital still cameras / ed. by J. Nakamura Boca Raton. FL, USA: CRC Press, Inc., 2006. 322 p.Image sensors and signal processing for digital still cameras; ed. by J. Nakamura Boca Raton. FL, USA, CRC Press, Inc., 2006, 322 p.Носов Ю. Р., Шилин В. А. Основы физики приборов с зарядовой связью. М.: Наука, 1986. 318 с.Nosov Yu. R., Shilin V. A. Osnovy fiziki priborov s zaryadovoi svyaz'yu [Basic physics of charge-coupled devices]. Moscow, Nauka, 1986. 318 p.Приборы с зарядовой связью; под ред. М. Хоувза и Д. Моргана: пер. с англ. М.: Энергоиздат, 1981. 376 с.Charge-Coupled Devices and Systems; ed. by M. J, Howes, D. V. Morgan. Chichester, New York, John Wiley and Sons Ltd., 1979.URL: http://www.npk-photonica.ru/images/imx264 _265-pdf121219.pdf (дата обращения 06.05.2017).Available at: http://www.npk-photonica.ru/images /imx264 _265-pdf121219.pdf (accessed: 6 May 2017).Манцветов А. А. Чувствительность КМОП-фотоприемников с активным пикселом // Вопр. радиоэлектроники. Сер. Техника телевидения. 2014. Вып. 2. С. 18-24.Mantsvetov A. A. Sensitivity of CMOS active pixel photodetectors. Voprosy radioelektroniki. Ser. Tekhnika televideniya [Questions of radio electronics. Ser. Technique of television]. 2014, no. 2. pp. 18-24.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.