Fotodetektor InSb

W procesie modernizacji układów detekcyjnych opracowaliśmy metodę wytwarzania detektorów InSb (fotorezystorów) chłodzonych ciekłym azotem. Technologia obejmuje wykonanie elementu fotoczułego InSb z płytki materiału wyjściowego, aż do gotowego detektora o detekcyjności rzędu D* ≈ 3,7 x 10⁹ [W^{-1 ×} Hz^{0,5 ×}cm]. Bardzo istotną czynnością technologiczną, wpływającą krytycznie na parametry fotorezystora, jest wykonanie kanału przewężenia (obszar fotoczuły) – decydująco wpływającego na parametry fotodetekcyjne. Wykonany i przemierzony fotoelektrycznie element fotoczuły InSb montowany jest w kapsule szafirowej, która następnie jest wyposażana w zespół odpowiednich filtrów widmowych i montowana w obudowie. Podczas całego procesu technologicznego wykonania fotorezystorów PbS i InSb prowadzone są, opracowane przez nas, międzyoperacyjne procedury sprawdzające dla uniknięcia zastosowania wybrakowanych podzespołów w wyrobach finalnych.

Do produkcji fotodiod InSb (przewidzianych również perspektywicznie do zastosowania w układach detekcyjnych rakiet VSHORAD) niezbędne było opracowanie własnej technologii wykonywania diodowych elementów fotoczułych. Na powierzchni materiału wyjściowego InSb wytworzono złącza p+ -n poprzez implantację jonów, przy czym metodą fotolitografii zdefiniowano konfigurację obszaru fotoczułego, jak i pozostałe pola charakterystyczne, np. kontakty złote. W wyniku procesu technologicznego uzyskano identyczny kształt geometryczny fotodiody InSb względem fotorezystora.

W rezultacie zastąpienia fotorezystora InSb PC fotodiodą InSb PV uzyskaliśmy następujące korzyści:

• zmniejszenie szumu detektora ok. 1,5-krotnie,
• zwiększenie wykrywalności (detekcyjności) fotodetektora. Przy fotodiodzie InSb możliwa do uzyskania detekcyjność rzędu 5 x 10^-10 [W^{-1 ×}Hz^{0,5 ×}cm], co oznacza ok. 1,7 ÷ 2-krotne zwiększenie zasięgu wykrycia celu (z 4 000 m na 6 800 m).
• bardziej czuły układ detekcyjny pozwala w większym stopniu dopasować programowo, progowy stosunek sygnałów kanału podstawowego i pomocniczego głowicy detekcyjnej VSHORAD, co skutkuje lepszą dyskryminacją flar względem celu rzeczywistego i zakłócania naprowadzania.

Fotodetektor PbS

W ramach prowadzonych prac wspólnie z Instytutem Optoelektroniki WAT opracowaliśmy konstrukcję i technologię wytwarzania unikalnych w skali światowej fotodetektorów PbS (siarczek ołowiu). Dzięki opracowanej technologii oferujemy wykonywane na zamówienie detektory PbS w pożądanych przez klienta parametrach, o różnych strukturach, wymiarach i kształtach.  Detektory spełniają wymagania stawiane zespołom stosowanym w technice amunicyjnej i rakietowej. Opracowana została technologia wytwarzania materiału fotoczułego PbS w postaci grubowarstwowej na podkładzie kwarcowym, metodą osadzania z fazy ciekłej. Otrzymywane warstwy są w postaci monokrystalicznej dzięki zastosowaniu odpowiednich domieszek inicjujących i stabilizujących proces osadzania. Uzyskano płytki PbS na podkładzie kwarcowym o wymiarach 25 x 25 mm, z bardzo jednorodnym rozkładem oporności właściwej materiału. Uzyskano materiał wyjściowy wykazujący stabilne parametry w zakresie temperatur roboczych -40°C ÷ +50°C.Ta postać materiału wyjściowego pozwala wytwarzać detektory PbS (fotorezystory) na zakres widmowy 1,7–2,4 μm (średnia podczerwień – MWIR, temp. pokojowa) dla Głowicy Samonaprowadzającej pocisku rakietowego typu VSHORAD według własnej technologii o detekcyjności na poziomie D* ≈ 1×10⁹ [W^-1×Hz^0,5×cm], i umożliwia oferowanie wykonanych na zamówienie detektorów PbS o pożądanych przez klienta parametrach o wymiarach powierzchni fotoczułej od 0.5×0.5 mm do 3×3 mm. Należy też wspomnieć o możliwości wykonania tych detektorów w postaci fotodetektorów pracujących w temperaturze pokojowej, przy chłodzeniu termoelektrycznym chłodziarką Peltiera, lub w temperaturze kriogenicznej ciekłego azotu. Można wtedy wykorzystać fakt przesunięcia maksimum czułości widmowej fotodetektora PbS od długości fali ok. 2÷2.7 μm (temp. pokojowa) do długości fali 3.3÷4.0 μm (temp. ciekłego azotu 77K).Podczas procesu technologicznego wykonania fotorezystorów PbS i InSb prowadzone są opracowane przez nas, międzyoperacyjne procedury sprawdzające dla uniknięcia zastosowania wybrakowanych podzespołów w wyrobach finalnych.

Fotodetektor PbSe

Doświadczenia zdobyte podczas opracowywania i produkcji detektorów podczerwieni zaowocowały wykonaniem przez inżynierów Telesystem-Mesko, detektora PbSe (selenek ołowiu), który posłużył do zmodernizowania i wykonania modułu detekcyjnego opartego na chłodzonym termoelektrycznie elemencie fotoczułym PbSe. Wspólnie z ZEK WAT zmodernizowaliśmy moduł detekcyjny do kierowanego pocisku przeciw-okrętowego P-22.W zakresie modernizacji zmieniony został sposób chłodzenia detektora, co przełożyło się na parametry taktyczno-techniczne głowicy samonaprowadzającej. Opracowanie zostało wdrożone do produkcji seryjnej i zamontowane w pociskach rakietowych z zasobów Marynarki Wojennej RP, a także u użytkowników zagranicznych m.in Wietnam Algieria, USA i Japonia.