Пристрій для формування динамічних двовимірних інфрачервоних зображень

1. Пристрій для формування динамічних двовимірних інфрачервоних зображень, що містить проектор оптичного випромінювання і перетворюючий екран, виконаний у вигляді пластини з напівпровідникового матеріалу, ширина забороненої зони якого менша за енергію кванта оптичного випромінювання, розташований на оптичній осі проектора оптичного випромінювання, пристрій для підтримання робочої температури перетворюючого екрана, який відрізняється тим, що на обидві поверхні перетворюючого екрана нанесено прозорі в робочому діапазоні ІЧ спектра діелектричні оксидні плівки товщиною в 50-200 U 2 (19) 1 3 31100 4 випромінюванням ділянок перетворюючого екрану, світла і вихідним вікном прозорим для ІЧ а за рахунок зміни випромінювальної здатності цих випромінювання, в яку вміщено перетворюючий ділянок в ІЧ області спектра під дією оптичного екран у вигляді полімерної плівки-підкладки випромінювання внаслідок фотогенерації в (звичайно з нітрату целюлози), на яку нанесено напівпровідниковому матеріалі вільних носіїв шар металевої черні. Проектор видимого світла заряду, що призводить до зміни потужності проектує двовимірне видиме зображення на теплового ІЧ випромінювання цих ділянок. перетворюючий екран. Видиме світло Пристрій забезпечує імітацію не тільки вищих поглинається шаром металевої черні, внаслідок температур, але й нижчих за температуру чого окремі ділянки перетворюючого екрану оточуючого середовища, сталу часу перетворення розігріваються до різних температур в залежності в одиниці-сотні мікросекунд, просторову роздільну від їх освітленості. Нагріті таким чином ділянки здатність в одиниці-десятки мікрометрів, нагрів шару металевої черні випромінюють теплове ІЧ перетворюючого екрану до температур, випромінювання, потужність якого тим більше, чим обмежених температурами плавлення більше освітленість цих ділянок. Двовимірне ІЧ напівпровідників, значну механічну міцність і зображення формується в площині надійність пристрою завдяки використанню перетворюючого екрану за рахунок різниці в напівпровідникових пластин перетворюючого потужностях теплового ІЧ випромінювання екрану, товщина яких досягає декількох міліметрів, нагрітих до різних температур ділянок шару та відсутності в пристрої вакууму. металевої черні. Недоліками описаного прототипу є недостатні Недоліками описаного пристрою є інерційність потужність теплового випромінювання і (стала часу становить десятки мілісекунд), що стабільність роботи у часі, оскільки потужність обумовлено значною тепловою масою та випромінювання залежить від концентрації незначною теплопровідністю перетворюючого нерівноважних носіїв заряду, яка в свою чергу екрану; низька просторова роздільна здатність залежить від швидкості поверхневої рекомбінації (порядку п'яти штрихів на міліметр); обмеженість на гранях напівпровідниковій пластині, яка має максимального значення і динамічного діапазону значну початкову величину і великій дрейф в бік температур, що імітуються (температура, що зростання у часі. імітується - це така температура чорного тіла, при В основу корисної моделі поставлено задачу якій потужність його випромінювання в заданому підвищення потужності теплового випромінювання спектральному інтервалі дорівнює потужності і стабільності роботи пристрою для формування випромінювання в цьому спектральному інтервалі динамічних двовимірних інфрачервоних даного тіла), низькими температурами розкладу зображень при збереженні усіх переваг прототипу. полімерів, що використовуються (наприклад, Задача, що поставлена, досягається тим, що температура розкладу нітрату целюлози пристрій для формування динамічних двовимірних становить близько 110°С); обмежена ефективність інфрачервоних зображень містить проектор перетворення оптичного випромінювання в ІЧ оптичного випромінювання і перетворюючий випромінювання (визначається як відношення екран, виконаний у вигляді пластини з різниці освітленостей окремої ділянки напівпровідникового матеріалу, ширина перетворюючого екрану оптичним забороненої зони якого менша за енергію кванту випромінюванням до різниці відповідних значень оптичного випромінювання, розташований на температури, що імітується цією ділянкою; чим оптичній осі проектора оптичного випромінювання, менше цей показник, тим вище ефективність пристрій для підтримання робочої температури перетворення оптичного випромінювання в ІЧ перетворюючого екрану та відрізняється тим, що випромінювання); низька механічна міцність на обидві поверхні пластини напівпровідникового перетворюючого екрану, що обумовлена малою матеріалу перетворюючого екрану нанесені товщиною полімерної плівки-підкладки (біля 50нм); прозорі в робочому діапазоні ІЧ спектра необхідність підтримання вакууму всередині діелектричні оксидні плівки товщиною в 50-200 комірки Блая, що ускладнює конструкцію пристрою нанометрів з напівпровідниковими та його експлуатацію і зменшує його надійність. наночастинками в об'ємній долі 5-10% та Крім того, відомий пристрій з коміркою Блая не наночастинками золота в об'ємній долі 1-2%, що дозволяє імітувати температури нижчі за пасивують поверхні напівпровідника температуру оточуючого середовища, що звужує перетворюючого екрану. функціональні можливості пристрою. Пристрій відрізняється також тим, що За прототип обраний пристрій для перетворюючий екран виконаний у вигляді формування динамічних двовимірних пластини з монокристалічного кремнію, інфрачервоних зображень [З], що містить проектор напівпровідниковими наночастинками оптичного випромінювання і перетворюючий діелектричної плівки є Si або Ge квантові точки, в екран, розташований на оптичній осі проектора якості діелектричних плівок використані оксиди оптичного випромінювання. Перетворюючий екран SiO2, або GeO2 або АІ 2O3. виконано у вигляді пластини з напівпровідникового Ефекти покращення вказаних параметрів матеріалу, ширина забороненої зони якого менша запропонованого пристрою без погіршення інших за енергію кванту оптичного випромінювання. параметрів прототипу зумовлені модифікацією Пристрій має засіб для підтримання робочої напівпровідникової поверхні перетворюючого температури перетворюючого екрану. Двовимірні екрану напівпровідниковими наночастинками ІЧ зображення формуються не за рахунок зміни шляхом нанесення діелектричної оксидної плівки з температури освітлених оптичним 5 31100 6 чого в цьому шарі під освітленими оптичним напівпровідниковими наночастинками та випромінюванням ділянками поверхні пластини наночастинками золота. Напівпровідникові відбувається фотогенерація вільних носіїв заряду. наночастинки осаджуються на активні центри Фотогенерація і дифузія вільних носіїв заряду поверхні, створені дефектами, що є центрами призводять до того, що в об'ємі напівпровідникової поверхневої рекомбінаці носіїв заряду, і тим самим пластини між освітленими оптичним їх нейтралізують. Каталітична активність випромінюванням ділянками поверхні пластини і збільшується зі зменшенням їх розмірів. Атоми відстанню порядку дифузійної довжини від цих наночастинок золота, що вводяться в плівки, ділянок зростає концентрація вільних носіїв завдяки великому значенню електронної заряду, при цьому вона зростає тим більше, чим спорідненості насичують центри поверхневої вище освітленість цих ділянок. рекомбінації - обірвані зв'язки кремнію або Середнє по товщині пластини d збільшення германію. Зменшення швидкості поверхневої концентрації носіїв заряду дорівнює рекомбінації призводить до збільшення ефективного часу життя носіїв заряду. Це, через (1 - R) × t eff (1) Dn = Dp = × F, збільшення концентрації носіїв заряду, як наслідок d збільшення коефіцієнта поглинання, обумовлює де R - коефіцієнт відбиття електромагнітного підвищення випромінювальної здатності випромінювання від поверхні напівпровідникової напівпровідникової пластини. пластини в спектральному діапазоні поглинання Зменшення поверхневої рекомбінації вільними носіями заряду, teff - ефективний час призводить і до зменшення нестабільності життя вільних носіїв заряду, F - інтенсивність випромінювальної здатності перетворюючого падаючого світла. Середнє по товщині пластини екрану. Стабільність в часі плівок АІ 2O3 більша, ніж збільшення коефіцієнта поглинання є SiOx та GeOx. Підвищення стабільності (2) Dk = s n D n + s p D n = ( s n + s p )Dn, випромінювання запропонованого пристрою забезпечується нанесенням оксидних плівок з де sn,p - перерізи поглинання для вільних напівпровідниковими та золотими наночастинками електронів і дірок та віддаванням переваги АІ 2O3 плівці. При малому рівні збудження, коли kd