Из наиболее передовых инноваций, представленных на
Международном военно-техническом форуме «Армия-2018», особое
внимание специалистов привлекает 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. С новинкой можно познакомиться на стенде
компании (стенд 3Е-4-2).
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 35 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 35
мкм. Применение для этих задач охлаждаемых тепловизоров в
большинстве случаев невозможно по причинам больших
габаритов, сложности охлаждения фотоприемных устройств
микрокриогенными машинами, ограниченных ресурсов и большой
их стоимости.
Кроме этого, необходимо иметь второй дополнительный
полноценный тепловизионный канал, включая защитные окна,
объектив и тепловизионный охлаждаемый модуль на диапазон 35
мкм к используемому тепловизионному каналу на диапазон 714
мкм, что приводит к значительному увеличению массы и
габаритов прибора.
Новейшие тенденции развития оптикоэлектронных 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 —
35 мкм и 714 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 — 35 мкм и
714 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 35 мкм позволяет
произвести замену дорогостоящих охлаждаемых тепловизоров,
работающих в этом диапазоне, на значительно более дешевые и
надежные неохлаждаемые.