Фоточувствительная секция линейного ФППЗ для систем ориентации космических аппаратов по солнцу Текст научной статьи по специальности «Физика»

Список литературы

1. Сигов А. С. Сегнетоэлектрические тонкие пленки в микроэлектронике // Соросовский образовательный журн. 1996. № 10. С. 83-91.

2. Физика сегнетоэлектриков: современный взгляд; под ред. К. М. Рабе, Ч. Г. Ана, Ж. М. Трискона; пер с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. 440 с.

3. Рез И. С., Поплавко Ю. М. Диэлектрики. Основные свойства и применение в электронике. М.: Радио и связь. 1989. 288 с.

4. Особенности кристаллизации поликристаллических тонких пленок PZT, сформированных на подложке Si/SiO2/Pt / И. П. Пронин, Е. Ю. Каптелов, С. В. Сенкевич и др. // ФТТ. 2010. Т. 52. Вып. 1. С. 124-128.

5. Особенности поведения конденсаторных структур на основе пленок цирконата-титаната свинца с избытком окиси свинца / В. П. Афанасьев, Г. Н. Мосина, А. А. Петров и др. // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. Вып. 11. С. 56-63.

V. P. Afanasiev, N. V. Mukhin, D. A. Chigirev Saint-Petersburg electrotechnical university "LETI"

Influence of heat treatment on properties of thin films lead zirconate titanate, deposited by radio frequency magnetron sputtering

Influence of temperature and time of heat treatment for properties ferroelectric lead zirconate titanate films, deposited on platinized substrates by radio frequency magnetron sputtering of a ceramic target is investigated. It is shown, that change ferroelectric properties ofpoly-crystalline films is caused by formation heterophase structure PZT-lead oxide.

Ferroelectric films, lead zirconate titanate, magnetron sputtering

Статья поступила в редакцию 4 мая 2011 г.

УДК 621.382.8

О. В. Алымов

ОАО «ЦНИИ "Электрон"» (Санкт-Петербург)

Фоточувствительная секция линейного ФППЗ

для систем ориентации космических аппаратов по Солнцу

Рассмотрена конструкция фоточувствительной секции линейного фотоэлектрического прибора с переносом зарядов, состоящая из фоточувствительных элементов и электродов накопления, переноса, затвора и стока антиблуминга. Рассмотренная конструкция позволяет реализовать режим электронного затвора в широком диапазоне времени экспозиции 0.2... 10 мс, а также мощный сток избыточного фотогенерирован-ного заряда (до 2000 раз) в устройстве антиблуминга.

Датчик системы ориентации по солнцу, ЛФППЗ, электронный затвор, антиблуминг

В системах ориентации космических аппаратов (КА) направление на Солнце используется как опорное [1]. Одним из основных элементов таких систем является линейный фотоэлектрический прибор с переносом зарядов (ЛФППЗ), от параметров которого зависит точность ориентации. Как правило, в нем используется штриховая проекция излучения Солнца на фокальную плоскость ЛФППЗ. Для формирования видеосигнала в широком диапазоне изменений падающего излучения фоточувствительная секция ЛФППЗ должна содержать в своем составе кроме фоточувствительных элементов цепи стока избыточного фототока, а также ключевые элементы коммутации фототока, позволяющие

84

© Алымов О. В., 2011

======================================Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2011. Вып. 6

реализовать режим электронного экспонирования. Для достижения высокой точности определения координат работа цепей схемы антиблуминга и электронного экспонирования должна также обеспечивать большой динамический диапазон (около 80 дБ). Указанные параметры ЛФППЗ необходимы для точного вычисления центра тяжести изображения штриховой проекции, используемого для определения координат КА [2].

Разработка и создание ЛФППЗ для использования в системах ориентации КА по Солнцу являются специфической и актуальной задачей. ЛФППЗ должны иметь длительный ресурс работы в условиях космического излучения. Элементы ЛФППЗ должны быть выполнены по радиационно-стойкой технологии, обеспечивающей низкие темпы сдвига пороговых напряжений МДП-структур, а также темпа нарастания уровня шума темнового тока фоточувствительных элементов [3].

Структурная схема фоточувствительной секции ЛФППЗ, предназначенного для систем ориентации КА по Солнцу, представлена на рис. 1. Фоточувствительная секция ЛФППЗ содержит линейку фоточувствительных элементов, интегрированных с секцией накопления заряда, а также два регистра переноса зарядового пакета (РПЗП), обеспечивающих работу фоточувствительных элементов.

Считывание заряда с фоточувствительных элементов производится двумя РПЗП: с нечетных элементов РПЗП1, с четных -РПЗП2. Для обеспечения длительной работы ЛФППЗ РПЗП изготовлены с применением радиационно-стойкого диэлектрика, позволяющего минимизировать уход пороговых напряжений.

Зарядовые пакеты, передаваемые под фазы F2 РПЗП, формируются интегрированными с фоточувствительными элементами ячейками секции накопления СН. Каждая ячейка накопления содержит в своем составе МДП-емкость накопления 2, затвор FT разрешения переноса зарядового пакета в РПЗП 3, барьерный электрод AG 5, а также сток слива избыточного заряда AD 6 (рис. 1).

Особенностью построения ячеек накопления является специфическое построение каналов переноса, позволяющее эффективно сливать избыточные заряды в стоки AD без искажения заряда передаваемого в РПЗП (см. рис. 1, 4).

В описываемой фоточувствительной секции ЛФППЗ фоточувствительные элементы выполнены по технологии "pinned

F1 ■ F2 • F3 • F4 ■

К л

xi и

AD-

AG -FS -FT -

F1-F2-

F3-F4-

FT FS -AG

AD

2

—I

1

xz

Г"

s

1

L____I

1

xz

L.

s

1

Г--

<N

\ о

<N

Рис. 1

4

3

3

5

2

2

2

3

3

4

photodiode" (PPD) [4]. Технологическая реализация фотодиодов основана на модификации скрытого имплантированного канала с целью создания тонкой /»-области в приповерхностной области канала [5]. Данная конструкция PPD зарекомендовала себя как конструкция с хорошей радиационной стойкостью. В ней уменьшено влияние поверхностных состояний на границе раздела " SiÛ2 - Si " на образование темнового тока, так как граница раздела находится в поверхностной области /»-типа с потенциалом подложки.

СН связаны с двумя РПЗП посредством затворов FT, разрешающими ввод заряда из СН в каналы переноса регистров. Регистры имеют четырехфазное управление и обладают

неэффективностью переноса около 10-6.

На выходах РПЗП зарядовые пакеты преобразуются в выходное напряжение посредством двухкаскадного выходного узла с ключевой предустановкой выходной плавающей диффузионной области.

ЛФППЗ с описанной конструкцией фоточувствительной секции по совокупности подтвержденных эксплуатационных параметров нашел свое применение в системах ориентации КА. На рис. 2 представлены зависимости выходного сигнала ЛФППЗ U от времени накопления 7цак для различных освещенностей E. Время накопления определялось электронным затвором. На этом же рисунке приведена зависимость темнового тока (TT) от времени накопления. Из представленных зависимостей можно сделать вывод о линейности управления экспозицией в интервале от 0.2 мкс до 100 мс. В режиме антиблуминга ЛФППЗ выдерживает пересветки до 2000 раз.

На рис. 3 показана свет-сигнальная характеристика с включенным антиблумингом, снятая при Тнак = 14 мс. Линейный участок характеристики соответствует области освещенности до 15 лк. Дальнейший рост выходного напряжения ограничен работой схемы антиблуминга. На рис. 4 представлена относительная спектральная характеристика чувствительности ЛФППЗ S (X). Коротковолновая граница чувствительности составляет ^min = 0.37 мкм, длинноволновая - Xmax = 1.1 мкм.

Напряжение насыщения, соответствующее максимальному зарядовому пакету, формируемому ячейками СН, UHac = 2.1... 2.7 В. Максимальный накопленный фотогенериро-

ванный заряд в ячейках СН Qmax = 2 • 106 е.

Рис. 2 Рис. 3

ЛФППЗ с описанной конструкцией фоточувствительной секции кроме использования в системах ориентации также нашел применение в области спектроскопии, в системах лазерного контроля и в телевизионных измерительных системах.

Список литературы

1. Черемухин Г. С. Приборы ориентации на Солнце. М.: Техпромиздат. 1998. 342 с.

2. Дроздова Т. Ю., Катасонов И. Ю., Никитин А. В. Программно-алгоритмическое обеспечение солнечного датчика // Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов: сб. тр. Всесоюз. науч.-технич. конф., Таруса, 2008. М.: ИКИ РАН, 2009. С. 90-103.

3. Воронков С. В., Дроздова Т. Ю. Испытания ПЗС-линеек на источниках гамма-излучения Co60 различной интенсивности // Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов: сб. тр. Всесоюз. науч.-технич. конф., Таруса, 2008. М.: ИКИ РАН, 2009. С. 458-470.

4. High speed linear CCD sensor with pinned photodiode photosite for low lag low noise imaging / E. Fox, N. O. S. Agawani, D. Dy^r et al. // Proc. SPJE. 1998. Vol. 3301. P. 17-26.

5. Арутюнов В. А., Сорокин О. В. Оптимизация ФПЗС с виртуальными электродами // Микроэлектроника. 1998. Т. 27, № 1. С. 66-68.

O. V. Alymov

JSC «СSRI "Electron"» (Saint-Petersburg)

Photo responsive section with charge accumulation of the device for orientation of space objects by the Sun

The construction of photo responsive section of the linear CCD, consisting of photo responsive elements and electrodes for accumulation, transfer, and an anti-blooming lock and sink is considered. The considered construction allows to implement a mode of an electronic lock in wide range of an exposure time 0.2 ¡isec... 10 msec, and also a powerful sink of the superfluous photo generated charge (to 2000 times) in the anti-blooming device.

LCCD sensor for position control system, LCCD, electronic exposure control, anti-blooming

Статья поступила в редакцию 21 сентября 2011 г.