Технологии

ТЕПЛОВИДЕНИЕ - СОВРЕМЕННЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ

Тепловидение - метод интроскопии, при котором изображение объектов, не видимых невооруженным глазом, получают с помощью тепловых инфракрасных лучей, отраженных от изучаемого предмета или испускаемых им. Используют это явление широко - при исследовании различных веществ, обнаружении дефектов в строительных и других конструкциях, контроле за всевозможными технологическими процессами.

Первые тепловизоры появились в 1941 г. Конечно, с сегодняшней точки зрения они были несовершенны как по конструкции, так и по возможностям. Лишь в 1975 г. удалось создать прообразы нынешних аппаратов (главная их часть - фотоприемники) на основе синтезированных французскими учеными соответствующих полупроводниковых материалов. И хотя их постоянно совершенствовали, они уже не удовлетворяют современным требованиям теп- ловизионной техники.

Наши ученые из Объединенного института физики полупроводников СО РАН (Новосибирск) разработали основы технологии производства нового материала и необходимое оборудование для выращивания пленок КРТ (кадмий-ртуть-теллур) на подложках арсенида галлия методом молекулярно-лучевой эпитаксии, что специалисты расценивают как национальное достижение. Исследования в институте, приведшие к такому результату, начали в 1979 г. А в 1986 г. заработали первые в стране многокамерные установки по получению сверхтонких пленок "Ангара" и "Катунь". В их "рождении" приняли участие также специалисты других подразделений СО РАН - Института ядерной физики им. Г.И. Будкера, Конструкторско-технического института прикладной микроэлектроники и опытного завода.

Изначально, лет пятнадцать назад, использование молекулярно-лучевой эпитаксии для получения пленок КРТ было под вопросом, т.к. скорости роста материала тогда колебались около 1 мк/ч. Для фотоприемников его толщина должна быть 10-12 мк. Выходит, для "выращивания" пленки нужных параметров, включая подготовительные операции, требовались целые сутки. И лишь ученые из Сибири довели скорость роста материала до 5 мк/ч, благодаря чему весь процесс стал занимать около 6 ч. Причем он полностью автоматизирован. А за рельефом и составом выращиваемой пленки на специальном экране может наблюдать оператор. Давайте присоединимся к нему и посмотрим, что там происходит.

Вначале на подложке арсенида галлия появляется тонкий слой теллурида цинка, после - теллурида кадмия, затем - и сам материал КРТ с фоточувствительным рабочим слоем. Чтобы выдержать необходимую толщину напыляемых слоев, ее нужно постоянно контролировать. А как это сделать, если стол, на котором расположена подложка для обеспечения однородности наносимого слоя, вращается? Ученые решили и эту задачу: предложили новый тип устройства для нанесения материала - кольцевой (таких в мире еще нет). В данном варианте рабочая поверхность остается неподвижной, что позволяет измерять толщину образовывающейся пленки непосредственно в ходе работы. Кстати, прибор, используемый для этого - эллипсометр - также детище новосибирских специалистов.

Есть еще один параметр, существенно влияющий на качество материала КРТ, - температура подложки. Ее необходимо поддерживать с очень высокой точностью. Как этого добиться, если весь процесс происходит в вакууме, а соответствующих инструментов до сих пор не существовало? Проблему решил длинноволновый инфракрасный измеритель температуры - пирометр, созданный учеными из Сибири.

Все эти новации реализованы в многокамерной установке "Обь". На ней можно выращивать пленки на подложке до 75 мм в диаметре (в дальнейшем данный параметр будет доведен до 200 мм). Это очень важно, ибо позволит получать фотоприемники с изображением, по качеству не уступающим обычному телевизионному. После выхода установки на проектную мощность ее продукции будет достаточно для полного удовлетворения сегодняшних потребностей России по производству фотоприемников и тепловизоров.

Остановимся на очень важной особенности выращиваемых структур КРТ: их можно получить чувствительными к любой длине волны. В атмосфере существуют окна прозрачности между 3 и 5 мк, а также 8 и 14 мк. И если в них направить "глаз", их воспринимающий, то он будет видеть очень далеко, и атмосфера не окажется помехой для формирования изображения объекта и его наблюдения. А если учесть, что Земля и различные предметы на ней (дерево, самолет и др., включая человека) испускают излучение как раз примерно 10 мк, то их очень удобно наблюдать из космоса. Для полноты картины тепловизоры делают сразу на два спектральных диапазона - 3-5 и около 10 мк. При каждой указанной длине волны объект виден по-разному. А в итоге с помощью ЭВМ получают его интегрированное изображение и всесторонне изучают.

Мировая практика создания базового материала тепловизоров свидетельствует: в последнее время лишь в США и Японии стали выращивать пленки КРТ методом молекулярно-лучевой эпитаксии, на их основе создавая фотоприемники с высокой квантовой эффективностью, хотя той же проблемой занимаются и в Китае, Индии, Бразилии, но пока безуспешно. Поиски ведут в стратегических целях, поскольку самую современную военную технику оснащают соответствующими тепловизионными системами. И хотя Россия теперь обладает данной технологией, отечественные ученые считают, что в дальнейшем их усилия будут направлены на мирное использование такой техники на предприятиях энергетики и металлургии, нефтяной и газовой промышленности, при экологическом контроле и т.п.


А.К. МАЛЬЦЕВ

Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD