Na MSPO 2024 na stoisku VIGO Photonics S.A. wśród wielu nowości, można było obejrzeć inny zaawansowany wyrób, czyli matrycę detektorów T2SL – zarówno sauté, jak przed rokiem, a teraz także podczas pracy, zamontowaną we włączonej kamerze termowizyjnej.

Podobnie jak rok temu, także na MSPO 2024 na stoisku VIGO Photonics można było zobaczyć zespół detektora T2SL z dwuwymiarową matrycą z mozaik detektorów z obróbką sygnału w płaszczyźnie obrazowej (FPA), zakresu MWIR, składającą się z 640×512 fotodetektorów 15 μm, chłodzony tzw. chłodziarką Stirlinga. W tym roku na stoisku VIGO Photonics była także kamera termowizyjna – w wystawowej konfiguracji, czyli z częściowo przezroczystą obudową – dzięki czemu każda zainteresowana osoba mogła zobaczyć sposób i miejsce montażu detektora T2SL oraz pracę kamery.

Jednym z wydarzeń MSPO 2023 było podpisanie listu intencyjnego przez VIGO Photonics S.A. i PCO S.A., wchodzącym w skład Polskiej Grupy Zbrojeniowej S.A., dotyczący wdrożenia polskich detektorów matrycowych, opracowanych przez VIGO, do masowej produkcji i wprowadzenie ich do obrotu i sprzedaży, w tym prowadzonej przez PCO. Chodziło o stosowanie układów detektorów produkcji VIGO Photonics w kamerach termowizyjnych (i w konsekwencji w celownikach) produkcji PCO. W ten sposób detektory VIGO Photonics mogły zastąpić analogiczne dotąd importowane wyroby, co jest niezwykle istotne z punktu widzenia produkcji i serwisu wojskowej optoelektroniki.

Ten sam układ matrycy detektorów T2SL pokazany na MSPO 2024 oddzielnie, srebrzysty cylinder z boku to chłodziarka Strilinga, widać też sterownik z taśmą przyłączeniową. Fot. AMM

Podpisane na MSPO 2023 porozumienie o możliwości współpracy między VIGO Photonics S.A. a PCO S.A. dotyczyło przede wszystkim matryc detektorów z supersieci II rodzaju (ang. type II superlattices, T2SLs). Jak podaje VIGO Photonics, matryce, oprócz aktywnej struktury półprzewodnikowej wykrywającej promieniowanie podczerwone, zawierają również złożony układ chłodzenia wykorzystujący tzw. chłodziarki Stirlinga, jak również krzemowe układy odczytowe. Produkcja tych matryc wymaga też specjalnych technologii hermetyzacji całego układu. Matryce VIGO zawierają najnowsze rozwiązania technologiczne, w tym wspomniane supersieci T2SL, które oferują lepszą jakość i powtarzalność produktu, a także umożliwiają pracę detektora w wyższych temperaturach. A jeszcze 29 sierpnia ub.r. VIGO Photonics poinformowało o podpisaniu z jedną ze spółek Grupy PGZ umowy na dostarczenie detektorów o łącznej wartości 15,8 mln PLN (na dzień podpisania umowy) do końca 2035 r.

Na MSPO 2024 VIGO Photonics pokazało też samą (chłodzoną) matrycę detektorów i ROIC (z lewej)…

Posiłkując się literaturą przedmiotu, można dowiedzieć się, że supersieć to powtarzające się okresowo bardzo cienkie warstwy półprzewodników o przemiennie większej i mniejszej szerokości pasma zabronionego. Supersieć ma odmienne właściwości niż półprzewodniki wchodzące w jej skład. Z powodu kwantowego efektu rozmiarowego, w paśmie przewodnictwa i paśmie walencyjnym tworzą się podpasma/minipasma. Odpowiedni dobór materiałów/ich przerw energetycznych oraz grubości barier i studni umożliwia odpowiednio modulować położenie tychże podpasm. Wówczas mogą też zachodzić aktywne przejścia optyczne elektronów między podpasmami w paśmie przewodnictwa lub walencyjnym. Najważniejszym układem do otrzymywania supersieci jest struktura GaAs/AlGaAS – AlGaAs tworzy bariery, a GaAs studnie. W przypadku T2SL z InAs/GaSb zachodzi przekrywanie się funkcji falowych pasma przewodnictwa i walencyjnego. Poziomy energetyczne dziur i elektronów są separowane w realnej przestrzeni, a przejścia elektronowe występują w obszarach przekrywania się funkcji falowych. Odpowiednia absorpcja promieniowania występuje, gdy stosuje się bardzo cienkie warstwy.

…które po hybrydyzacji tworzą SCA. Fot. AMM

VIGO Photonics podaje następujące parametry swojego detektora: rozdzielczość 640×512 px, tzw. rozmiar pojedynczego piksela 15 μm, NEDT (różnica temperatury równoważna szumom) ~18 mK, tzw. operability > 99,5%, temperatura pracy 110÷150 K, zakres widmowy 3,7÷4,8 μm (czyli średniofalowa podczerwień, ang. MWIR), czas schładzania ~3 min. Wzmiankowane przez VIGO Photonics specjalne technologie hermetyzacji całego układu, w kontekście krzemowych układów odczytowych, odnoszą się do łączenia dwuwymiarowej matrycy detektorów z procesorem odczytu ROIC (ang. readout integrated circuit), czyli struktury krzemowej. To połączenie (słupkami indowymi) matrycy detektorów z ROIC nazywa się hybrydyzacją. W jej wyniku powstaje zestaw zintegrowanego detektora SCA (ang. sensor chip assembly). Rzeczony zestaw detektora T2SL ma ROIC o następujących parametrach odczytu: pixel output rate – maks. 10 MHz, frame rate – do 120 Hz (w SCA każdy piksel matrycy jest niezależnie podłączony do ROIC, do tego jest też drugi kontakt wspólny dla całej matrycy). Zastosowana chłodziarka Strilinga odznacza się zużyciem prądu ~13,0 W (schładzanie) i ~3,9 W (po stabilizacji). VIGO Photonics oferuje użycie chłodziarek różnych producentów, np. Ricor K508.

Układu MWIR FPA T2SL spółki VIGO Photonics można stosować w kamerach termowizyjnych wchodzących w skład celowników wozów bojowych, stacji optoelektronicznych montowanych na BSP, termowizyjnych obrazowych układów naprowadzania kierowanych pocisków rakietowych, optoelektronice systemów kosmicznych. Biorąc pod uwagę parametry podane przez VIGO Photonics widać, że detektor spółki odznacza się dużą niezawodnością (przy NEDT ~18 mK uzyskuje współczynnik operability > 99,5%, czyli bardzo wysoki), co z punktu widzenia użytkowników urządzeń optoelektronicznych, wykorzystujących ten detektor T2SL, bardzo ułatwia logistykę ich obsługi.