High-efficiency infrared receiver

Исследования и разработки последних лет показывают перспективность использования высокоэффективных твердотельных приемников электромагнитного излучения на основе низкобарьерных диодов Шоттки. Особенно активно развивается подход к конструированию приемников на основе δ-легированных низкобарьерных диодов Шоттки с балочными выводами без смещения, так как для неохлаждаемых приемников микроволнового излучения у них практически нет конкурентов. Целью работы являлось улучшение основных параметров и характеристик, определяющих практическую востребованность приемников электромагнитного излучения среднего инфракрасного диапазона длин волн, работающих при температурах, близких к комнатной, за счет изменения конфигурации электродов диода и оптимизации расстояния между ними. Предложенное оригинальное конструктивное решение интегрального приемника среднего диапазона ИК-излучения на основе низкобарьерных диодов Шоттки с балочными выводами позволяет эффективно корректировать его основные параметры и характеристики. Моделирование электродинамических характеристик предложенного приемника, используя программный пакет HFSS, с базовым алгоритмом метода конечных элементов, реализованным для расчета поведения электромагнитных полей на произвольной геометрии с предварительно заданными свойствами материалов, показало: что при выполнении внутренних частей электродов низкобарьерного диода Шоттки в виде концентрической эллиптической выпукло-вогнутой формы можно достичь снижения потерь на отражение до -57,75 дБ и уменьшения коэффициента стоячей волны до 1,003 при одновременном увеличении коэффициента направленного действия до 23 на длине волны 6,09 мкм. При этом радиусы закруглений внутренних частей анодного и катодного электродов составляли 212 нм и 318 нм соответственно, а зазор между ними 106 нм. Указанные параметры позволят повысить эффективность разрабатываемой инфракрасной перспективной оптикои радиоэлектронной аппаратуры различного целевого назначения, предназначенной для работы в среднем инфракрасном диапазоне длин волн.
Recent research and development show promising use of high-performance solid-state receivers of the electromagnetic radiation. These receivers are based on the low-barrier Schottky diodes. The approach to the design of the receivers on the basis of delta-doped low-barrier Schottky diodes with beam leads without bias is especially actively developing because for uncooled receivers of the microwave radiation these diodes have virtually no competition. The purpose of this work is to improve the main parameters and characteristics that determine the practical relevance of the receivers of mid-infrared electromagnetic radiation at the operating room temperature by modifying the electrodes configuration of the diode and optimizing the distance between them. Proposed original design solution of the integrated receiver of mid-infrared radiation on the basis of the low-barrier Schottky diodes with beam leads allows to effectively adjust its main parameters and characteristics. Simulation of the electromagnetic characteristics of the proposed receiver by using the software package HFSS with the basic algorithm of a finite element method which implemented to calculate the behavior of electromagnetic fields on an arbitrary geometry with a predetermined material properties have shown that when the inner parts of the electrodes of the low-barrier Schottky diode is performed in the concentric elliptical convex-concave shape, it can be reduce the reflection losses to -57.75 dB and the standing wave ratio to 1.003 while increasing the directivity up to 23 at a wavelength of 6.09 μm. At this time, the rounded radii of the inner parts of the anode and cathode electrodes are equal 212 nm and 318 nm respectively and the gap setting between them is 106 nm. These parameters will improve the efficiency of the developed infrared optical-promising and electronic equipment for various purposes intended for work in the mid-infrared wavelength range.