Из наиболее передовых инноваций, представленных на
Международном военно-техническом форуме «Армия-2018», особое
внимание специалистов привлек разработанный российским ОКБ «АСТРОН»
двухспектральный микроболометрический приемник. Ничего
подобного в мире просто нет! На основе двухдиапазонного
матричного микроболометрического приемника в ОКБ АСТРОН
разработана серия объективов и тепловизионный модуль с
электронной обработкой сигнала для применения в разработках
перспективных оптико-электронных приборов. Серийное
производство двухспектральных модулей запланировано на 2019
год.
Специалисты ОКБ «АСТРОН» рассказали корреспонденту нашей
газеты, что в 2016 году в компании завершили разработку и
освоили в производстве первые отечественные микроболометрические матричные детекторы на основе оксида
ванадия. Спектральным диапазоном микроболометрических
детекторов на основе оксида ванадия является длина волны
тепловизионного излучения от 7 до 14 мкм. Данный диапазон
излучения характерен для теплых предметов в диапазоне
температур, близких к температуре человеческого тела. Именно
поэтому данный диапазон применяется для обнаружения и
распознавания (прежде всего – людей). Матричные
микроболометры данного типа разработаны для применения в
основном в приборах наблюдения, разведки и тепловизионных
прицелах стрелкового оружия.
Однако существуют задачи, требующие применения другого
тепловизионного спектра в области длин волн 3-5 мкм. Этот
диапазон характерен для охлаждаемых тепловизоров и
неохлаждаемыми микроболометрическими матрицами не
детектируется. Работа в условиях пустыни, регистрация факела
полета ракеты, обнаружение летающих объектов по раскаленному
выхлопу газов - вот неполный перечень задач, для решения
которых необходимо применение спектрального диапазона 3-5
мкм. Применение для этих задач охлаждаемых тепловизоров в
большинстве случаев невозможно по причинам больших
габаритов, сложности охлаждения фотоприемных устройств
микрокриогенными машинами, ограниченным ресурсом и большой
их стоимостью. Кроме этого необходимо иметь второй
дополнительный полноценный тепловизионный канал, включая
защитные окна, объектив и тепловизионный охлаждаемый модуль
на диапазон 3-5 мкм к используемому тепловизионному каналу
на диапазон 7-14 мкм, что приводит к значительному
увеличению массы и габаритов прибора.
Новейшие тенденции развития оптико-электронных приборов
ночного видения и тепловизионных приборов определяются
необходимостью иметь многоспектральные приборы не только для
разведки и обнаружения цели, но и для прицельной стрельбы.
Создание матричного микроболометрического приемника на одном
кристалле, чувствительного в двух областях спектра - 3-5 мкм
и 7-14 мкм - имеет существенное значение для разработки
перспективных многоспектральных тепловизионных приборов.
Чувствительность в обоих спектрах и отсутствие необходимости
иметь два приемника позволяют в одном канале (без
дублирования оптических элементов и объективов) создавать
легкие малогабаритные многоспектральные приборы. До сих пор
ни одна компания в мире не разработала и не производит
тепловизионные детекторы, чувствительные сразу в двух
областях спектра.
Как подтверждают в ОКБ «АСТРОН», эту глобальную задачу
удалось решить специалистам компании. В 2018 году завершена
разработка двухспектрального матричного
микроболометрического детектора форматом 640*480 пикселей,
чувствительного в двух тепловизионных спектрах - 3-5 мкм и
7-14 мкм. Разработанный микроболометрический детектор
конструктивно представляет собой массив пикселей,
размещенный на подложке со схемой управления и считывания
показаний пикселей. Последний представляет собой мембрану,
подвешенную в вакууме над зеркалом, образующую оптический
резонатор на необходимую длину волны. Сложная структура
мембраны из трех слоев: нитрида кремния, оксида ванадия и
металла V и VI группы позволяет настроить детектирование на
два спектра излучения. Расстояние от мембраны до зеркала и
толщина поглощающего слоя определяются в результате расчетов
на заданный диапазон спектра. Разработанный в АО «ОКБ «АСТРОН»
технологический процесс состоит из осаждения пленок,
фотолитографии и последовательного травления, что позволяет
обрабатывать пластины от 25 до 150 мм. Минимальные линейные
размеры микроэлементов составляют 0,6 мкм, а толщина пленок
микроболометров - менее 10 нм.
При испытаниях опытных образцов первых двухспектральных
приемников обнаружилось положительное качество - увеличение
интегральной чувствительности в диапазоне спектра от 3 до 14
мкм. Большинство приемников показывают интегральную
чувствительность лучше, чем 30 мК, что также позволит
значительно улучшить показатели приборов. В ряде случаев
применение микроболометрических приемников на спектральный
диапазон 3-5 мкм позволяет произвести замену дорогостоящих
охлаждаемых тепловизоров, работающих в этом диапазоне на
значительно более дешевые и надежные неохлаждаемые.