Industrija 60 / februar 2016.
18
Signal iz bolometra generiše se elektronski pa su zbog toga ti de-
tektori podložni ograničenjima koja potiču od osnovnih elektron-
skih fenomena vezanih za pojavu šuma. Dodatni osnovni šum po-
tiče od fluktuacija kroz termičku vezu bolometra i hladnjaka. Kao
posledica toga, visoke performanse mogu se dobiti samo na vrlo
niskoj temperaturi, a ova okolnost jako utiče na oblast primene
kao i na način očitavanja bolometarskih signala.
Bolometri vrlo visokih performansi moraju da rade na vrlo niskim
temperaturama. U tom slučaju provođenje usled termičke eksci-
tacije je vrlo malo. Čak i ako bi poluprovodnički materijal mogao
da bude dovoljno kontrolisan da obezbedi velike otpornosti,
takvi detektori bi imali malu prednost nad onima sa nižom ot-
pornošću zato što niske radne temperature smanjuju Džonsonov
šum do ili ispod nivoa termalnog šuma čak i bez upotrebe visokih
impedansi.
DETEKTORSKE MATRICE
Fotoprovodnici i fotodiode kombinuju se sa elektronskim čitačima
i tako se grade detektorske matrice ili polja (arrays). Napredak u
dizajniranju integrisanih kola i tehnologiji proizvodnje, rezultirao je
kontinualnim i brzim poboljšanjem performansi matričnih detekto-
ra. U infracrvenoj oblasti ovi uređaji se zasnivaju na (konceptualno)
jednostavnoj kombinaciji već opisanih komponenata: matrica inte-
grisanih pojačavača povezana je sa matricom detektora. Ovi uređaji
mogu da sadrže od nekoliko hiljada do nekoliko miliona detektor-
skih elemenata, osetljivih do granice osnovnog fotonskog šuma za
većinu primena na talasnim dužinama od 1 do 40 μm. Za vidljivu i
blisku infracrvenu oblast rade se monolitne strukture u silicijumu,
tako da formiraju polja sa milionima tačaka visokih performansi.
Najrazvijeniji od detektora za vidljivu oblast je takozvani CCD (char-
ge coupled device), koji kombinuje matricu unutrašnjih fotoprovod-
nika, sekvencijalno adresabilnu matricu integrisanih kondenzatora,
i FET izlazni pojačavač, a sve to izvedeno na jednom silicijumskom
čipu. Kada rade na niskim temperaturama, CCD-i mogu da dostignu
osnovne granice detekcije za skoro sve namene u opsegu talasnih
dužina od oko 0,1 nm (u X-ray oblasti) do oko 1 µm (u bliskoj infracr-
venoj oblasti), osim ako se zahteva brzi odziv u vremenu. Takozvane
CMOS matrice za vizuelizaciju su alternativa CCD-ima. One kom-
binuju matricu silicijumskih detektora sa pojedinačnim čitačkim
pojačavačima i detektorsku matricu sa nešto nižim performansama
jedne tačke nego kod CCD-a, ali sa povećanom fleksibilnošću pri
korišćenju, potencijalno nižom cenom i manjim šumom pri velikim
brzinama.
Slika 5. Infracrvena direktna hibridna matrica
Prosta detektorska matrica može biti napravljena povezivanjem
diskretnih detektora i pojačavača. Za veći broj tačaka, međutim,
ova tehnika je dosta komplikovana. Mnogo lakši metod izrade
moguće je ostvariti korišćenjem tehnologije integrisanih kola,
da bi se minijaturizovali pojačavači do te mere da svaki od njih
nije veći od odgovarajućeg detektora. Pojačavači se proizvode
u obliku matrica, pri čemu svaki poseduje kontakt za ulazni si-
gnal. Detektori se, takođe, prave u obliku matrice koja je slika u
ogledalu prethodne i imaju izvedene izlazne kontakte. Grudvice
lema od indijuma postavljaju se na oba seta kontakata i „bon-
duju“ preciznim preklapanjem i slepljivanjem pod pritiskom. Pri
deformaciji grudvica indijuma pod pritiskom razbija se oksid koji
postoji kao njihova prirodna prevlaka i na površini se pojavlju-
je čist metal. Metalni indijum na kontaktima daje neophodnu
električnu vezu između detektora i pojačivača obezbeđujući
istovremeno i njihovo mehaničko spajanje. U nekim slučajevima
u prostor između čitača i detektora utiskuje se epoksid da bi se
povećala čvrstina spoja. Ovakvi uređaji se nazivaju udarno bon-
dovane direktne hibridne matrice (slika 5).
Prednost opisane tehnike je ta što se čitači i detektori mogu po-
sebno optimizovati, kako u pogledu materijala, tako i oblikovanja.
Ta mogućnost je kritična kada su u pitanju visoke performanse
matrica u spektralnom opsegu od 1 – 40 μm, pošto prave sili-
cijumske matrice nisu moguće. Čitači se prave od silicijuma, pri
čemu postoji razvijena tehnologija proizvodnje ultraminijaturnih
elektronskih kola visokih performansi. Čvrst oksid koji može da
se formira na silicijumu (ili nastaje prirodno) je osnovni razlog za
njegovu primenu u kompleksnoj elektronici. Štaviše, visoka čisto-
ća i dobre kristalografske osobine omogućavaju finom litografi-
jom minijaturizaciju elektronike i, istovremeno, obezbeđuju niski
šum. Ogromna industrija integrisanih kola predstavlja infrastruk-
turu potrebnu za proizvodnju čitača na bazi silicijumskih matrica.
Detektori mogu biti izrađeni od InSb, HgCdTe ili bilo kog drugog
materijala koji ima optimalne osobine za te namene. Čak i za do-
pirane silicijumske detektore, stupnjevi proizvodnje elektronike i
infracrvenih detektora mogu biti suviše različiti, tako da je bolje
da se oni proizvode posebno a zatim spajaju bondovanjem. Na
primer, visoke temperature koje se primenjuju u proizvodnji čita-
ča mogu oštetiti detektore. Takođe, kada se detektori proizvode
zajedno sa čitačima, rezultat može biti nezadovoljavajući zato što
obe funkcije moraju da dele istu površinu na čipu od poluprovod-
nog materijala.
Proizvodnja opisane indijumom bondovane infracrvene matrice,
praćena je mnogim teškoćama. Osnovna je ta, što je verovatnoća
građevinska industrija
rađevinska industrija
