книги / Твёрдотельная фотоэлектроника. Физические основы-1

(см. гл. 2). За названные работы Ж. Алферов, X. Кремер в 2000 году были удостоены Нобелевской премии.

После 1970-х годов работы по гетеропереходам велись еще более широким фронтом, в том числе и по фотоприемникам. Вот три ярких примера.

Серия работ Капассо и других (1979-1982 гг.) еще раз подтвердила, что многослойные структуры с гетеропереходами и варизонными областями — это благодатный объект для приложения интеллекта и научного воображения. Ав­ торы предложили веер самых различных структур лавинных фотодиодов для решения одной и той же актуальной задачи — заставить только один тип носи­ телей инициировать лавину. Такая лавина более упорядочена и поэтому меньше шумит, чем при лавинном размножении и электронов, и дырок.

Ученики Ж. И. Алферова были в числе лидеров-разработчиков ряда ФД и ЛФД на основе гетероструктур в системах GalnAsSb/GaAlAsSb, InAsSbP/ InAs, GaSb/GaAlAsSb. Разработки подобных четверных соединений проводи­ лись, начиная с 1980-х годов. Вариацией состава и, следовательно, величины <£g, обеспечивалась чувствительность в диапазоне 2ч-3 мкм, а затем и З т 5 мкм. ФД могли работать без охлаждения. Само по себе это неудивительно: и другие типы фотоприемников (PbS и PbSe-фоторезисторы) могут в этих диапа­ зонах работать без охлаждения. Достижением было высокое быстродействие, а также возможность регистрации меньшей мощности излучения.

Вслед за освоением лазеров «кремниевого» диапазона (0,85 ч-0,9 мкм; 1,06 мкм) оптико-электронные системы стали осваивать лазеры 1,3ч-1,55 мкм, которые были созданы на структурах InGaAs/InP. Зачем нужны такие лазе­ ры? Для лазерных дальномеров и обнаружителей важно, что длинноволновое излучение безопаснее для глаз. В оптическом волокне в окрестностях длин волн 1,31 и 1,55 мкм поглощение излучения минимально, так что и в систе­ мах дальней связи потребовался переход на эти волны (см. гл. 2). И, наконец, совсем другие, не лазерные системы — приборы ночного видения. Основное излучение в звездную ночь в отсутствие луны приходится на спектральный диапазон 1 ч-1,8 мкм, в то время как длинноволновая граница чувствитель­ ности ЭОП значительно короче (при GaAs-фотокатоде она составляет ~0,9 мкм). Так что перед фотоэлектроникой ставились практически те же задачи, которые ранее она решала с помощью кремния, но уже в других спектраль­ ных диапазонах. И эти задачи также были решены на структурах InGaAs/InP. Фотоприемники на таких структурах прошли фактически тот же путь, что и кремниевые: для лазерных систем были созданы и ФД, и ЛФД, а в 1990-х годах для приборов ночного видения — и матрицы. Благодаря согласованию области собственного поглощения InGaAs со спектром излучения звездного неба такие матрицы регистрируют на полтора порядка больше фотонов, чем указанные ЭОП. Так начиналось наступление на последний бастион электровакуумных фоточувствительных приборов.

Отметим, что практически во всех ФД на гетероструктурах используется описанное выше широкозонное окно.

Говоря о ФП для лазеров 1,3-г 1,55 мкм, несправедливо не вспомнить о Ge-ФД. Хотя они уступают по параметрам ФД на основе InGaAs/InP (имеют больший темп темновой генерации, малую чувствительность к 1,55 мкм при пониженной температуре), но тоже используются в лазерных системах рас­ сматриваемого диапазона — в тех из них, где важна меньшая стоимость.

Квантоворазмерные структуры. В знаменательном для фотоэлектроники 1970 году было положено начало еще одному принципиально новому направле­ нию — квантоворазмерным структурам. Эти структуры были предложены нобе­ левским лауреатом, изобретателем туннельного диода Л. Эсаки в соавторстве с Р. Tea. Новому изобретению предстояло большое будущее. И хронологически, и идеологически квантоворазмерные структуры можно считать следующим — за варизонными и гетероструктурами — этапом. Разработчик получает еще бо­ лее гибкий инструмент в формировании зонной структуры полупроводника. И этот дополнительный инструмент — размер выращиваемых с помощью МЛЭ слоев и областей. Размеры «обычных» слоев в полупроводниковых структурах (> 50 нм) на два и более порядков превышают размеры моноатомного слоя (по порядку величины ~0,5 нм), так что свойства таких слоев не отличаются от свойств объемного кристалла. Из самого термина «квантоворазмерные струк­ туры» следует, что в таких структурах формируются слои с очень малыми размерами (типовые значения ~0,5-т-5 нм), сопоставимыми с характеристи­ ческими квантовыми длинами — с так называемой длиной волны де Бройля (см. гл. 3). Свойства столь малых областей, их зонные структуры уже отли­ чаются от свойств и зон объемного монокристаллического материала (подоб­ но тому, как отличаются свойства одиночного атома и кристалла (см. раздел 3.11). Плоские тонкие области (ограниченные по одной координате) получили название «квантовые ямы». Частный случай квантовой ямы — предельно тон­ кий моноатомный слой; он получил название «5-легированный слой». Области, ограниченные по двум координатам, подобные нитям (трубкам), так и назы­ вают «квантовымы нитями (трубками)», а точечные области (ограниченные пс всем трем координатам) — соответственно «квантовыми точками».

Возможности нового метода в вариации структур оказались практически неисчерпаемыми, и сегодня квантоворазмерные структуры стали одним из ве­ дущих направлений физики полупроводников. Многообразны вариации струк­ тур, различны системы материалов, однако в фотоэлектронике основные успехи связаны с квантоворазмерными структурами на основе системы GaAs/AlGaAs И этим успехам фотоэлектроника обязана прежде всего работам специалистов из фирм Lockheed, Rockwell, Sanders и некоторых других, выполненным в по следние 10-15 лет. Типовая фоточувствительная структура содержит чередую­ щиеся очень тонкие слои GaAs толщиной порядка 5 нм (собственно квантовьк ямы) и «просто» тонкие слои AlGaAs толщиной порядка 50 нм (это уже почтв

объемный материал, разделительный барьер между квантовыми ямами). Число таких пар слоев порядка 50. Подобные структуры называют «множественными квантовыми ямами»: человек сотворил структуру с регулярностью, подобной регулярности решетки монокристалла. Тонкий слой GaAs выполняет функции примесного атома: в нем происходит фотовозбуждение носителя заряда, и при подаче напряжения на структуру в ней протекает сквозной ток. Как и в примес­ ных полупроводниковых приборах, получить высокий квантовый выход в таких структурах пока не удалось. Обычно он не превышает 10%. Архитектура мат­ риц на основе квантовых ям аналогична архитектуре прочих гибридных мат­ риц: фоточувствительные кристаллы GaAs/AlGaAs состыковывают с кремние­ вой подложкой, в которой сформированы сложные многофункциональные мик­ росхемы обработки фотосигнала (каждая фоточувствительная ячейка — со сво­ ей электронной ячейкой). Пройден путь от линеек до матриц форматов 320 х 256, 640 х 480, достигнута температурная чувствительность вплоть до 0,02 К.

Описанные матрицы в литературе обозначают аббревиатурой QWIP — Qu­ antum Well Infrared Photodetector (инфракрасный фотоприемник с квантовы­ ми ямами). Отработанность технологии и физические свойства широкозонной структуры GaAs/AlGaAs позволяют получить высокий процент выхода год­ ных структур и, как следствие, относительно невысокую стоимость. Это, а также приведенный уровень параметров, позволяет QWIP-матрицам конкури­ ровать с KPT-матрицами. Каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Так, идеология QWIP-матриц позволяет изготовить их многоцветными, напри­ мер, варьируя в ячейках состав и размеры слоев GaAs/AlGaAs. Такая воз­ можность продемонстрирована на фотоприемнике с тремя ячейками, максимум чувствительности которых имел значения 7,0; 8,5 и 9,8 мкм. Другая особен­ ность QWIP матриц — узкая область спектральной чувствительности. Так что QWIP-матрицы оптимально использовать в селективных системах, в перспек­ тиве и в многоцветных. А разработке многоцветных матриц в последние годы уделяется особо большое внимание.

Весьма перспективными для ИК-матриц для диапазона Зч-20 мкм оказа­ лись сверхрешетки на основе систем InAs/GalnSb, выращенные на подложках из арсенида галлия. Удается обеспечить не только высокий квантовый выход, но и однородность параметров ячеек в больших матрицах.

Микроболометрические матрицы и другие. В 1990-е годы фотоэлектро­ ника наконец повернулась лицом к неохлаждаемым тепловым фотоприемни­ кам. Из-за низкой чувствительности, большой инерционности они занимали свое традиционное скромное место: как неселективные приборы использова­ лись в основном для калибровки мощности излучения в спектрофотометрии. Но развитие техники идет по спирали. Новые высокие так называемые микромашинные технологии позволили болометрам «из тени в свет перелететь». Идея: надо сделать микроболометр с предельно малой теплоемкостью и пре­ дельно малой тепловой связью с подложкой. Реализация этой идеи с помощью

новых технологий: создается очень тонкая микроболометрическая пластинка (толщина ~0,34-0,5 мкм, сторона ~ 304-50 мкм), она крепится к подложке с помощью двух также тонких, узких и длинных ног (шириной 14-2 мкм, дли­ ной ~ 304-50 мкм). Болометр как бы парит в воздухе, извините, в вакууме, так как воздух надо откачивать, чтобы избежать конвекционного теплообмена с подложкой. Благодаря тепловой развязке от подложки энергия падающего из­ лучения накапливается в микроболометре. Благодаря малой теплоемкости он заметно нагревается, соответственно заметно меняется его электрическое сопротивление, что и фиксируется микросхемой, сформированной в кремниевой подложке. Подчеркнем: накапливается именно тепловая энергия, тогда как в квантовых матрицах накапливаются фотоносители заряда. Электрическая ем­ кость ограничивает накопление, а теплоемкость не ограничивает.

Сегодня фирмы США, Франции и других стран наладили массовый се­ рийный выпуск микроболометрических матриц формата 160 х 120, 320 х 240, достигнут и полный формат 640 х 480. По температурной чувствительности (вплоть до нескольких сотых градуса) болометрические матрицы практиче­ ски не уступают матрицам на основе КРТ и вместе с ними стали основными приборами для тепловидения на диапазон 84-14 мкм (к ним, как мы видели, присоединяются и QWIP-матрицы). Каждая матрица имеет свою «сферу влия­ ния». Матрица на КРТ незаменима в системах с высокой частотой кадров, для приема изображений низкотемпературных объектов. Основной козырь микро­ болометрических матриц — им не нужны сложные криогенные системы, из-за которых растут габариты, энергопотребление, снижается надежность прибора.

На симпозиуме и выставке общества оптических инженеров SPIE (США, Орландо, 2001 год) была представлена микроболометрическая матрица в герме­ тичном вакуумном кремниевом корпусе. По габаритам — это практически стан­ дартный корпус СБИС, как обычный корпус фото-ПЗС для видимого диапазо­ на. Так что и тепловизор может приближаться по конструкции к видеокамере, что и было продемонстрировано на последующих выставках того же общества в 2002-2003 годах. Отсутствие криогеники, использование кремниевой тех­ нологии позволяют специалистам прогнозировать резкое снижение стоимости микроболометрических матриц (МБМ) и связывать с ними качественно новый этап в развитии тепловидения. Предполагается, что выпуск тепловизоров на основе МБМ (для транспорта, полиции и других приложений) может достичь миллиона штук в год. И если по количеству выпуска КРТ матрицы еще лиди­ руют, то по темпам прироста МБМ вышли на первое место среди ИК-матриц.

Этот подраздел назван «микроболометрические матрицы и другие». «Дру­ гие» — это, прежде всего, тепловые пироэлектрические фотоприемники. Как мы отмечали, их особенность — реакция только на переменное излучение. Это свойство используется в охранных системах: датчики с линейкой пиропри­ емников реагируют на перемещение человека (на его тепловое излучение). Но главное событие — это, конечно, разработка пироэлектрических матриц, анало­ гичных по параметрам болометрическим. Здесь особенность пироэлектрика —

реагировать только на переменный сигнал — является недостатком, в теплови­ зор приходится из-за этого включать дополнительный узел — модулятор.

Значимость цели — разработка дешевой неохлаждаемой ИК-матрицы — привлекает многих исследователей, стимулирует изобретательность. Уже после 2000 года предложены самые экзотические решения. Вспомнили о приемнике Галлея: газонаполненный микробаллон при нагреве расширяется. Проводят экс­ перименты с бипластиной: при радиационном нагреве она изгибается (как в тер­ морегуляторе электроутюга). Считывание может быть оптическим, например, при подсветке можно фиксировать видеокамерой смещение колец за счет теп­ ловой деформации поверхностей. Считывание может быть электрическим: при изгибах пластины меняется ее электрическая емкость относительно подложки.

КМОП — фотодиодная сверхбольшая интегральная схема (КМОП-ФД- СБИС). В последнее десятилетие для видимого диапазона наряду с кремние­ выми фото-ПЗС стали вновь выпускаться и кремниевые решетчатые матрицы с фотодиодными ячейками. Это — тоже пример развития техники по спирали: новое — хорошо забытое старое. Подобные матрицы решетчатого типа с адрес­ ным опросом (вспомните рис. 1.3.6) разрабатывались до изобретения ПЗС еще

в1960-х годах. Вообще говоря, решетчатые матрицы с накопительной емкостью и ключом в каждой ячейке не забывались: они использовались и используются

вгибридных ИК-матрицах, точнее, в кремниевых кристаллах обработки фотосигналов от ИК-фотодиодов. Но для видимого диапазона появление ПЗС действительно заставило забыть о решетчатых матрицах. Ведь в решетках, как мы видели, заряд <5ф из ячейки сбрасывается сразу на емкость общей длинной шины (столбца), подключенную к выходному устройству считывания. Большая длина этой шины (шина должна быть связана со всеми ячейками столбца) обусловливает ее большую емкость С, что приводит к малому напряжению

сигнала AU = Q$/C. В ПЗС не выходное устройство «идет» к каждой ячейке, а наоборот, ячейка, точнее, ее заряд «идет» (переносится) к выходному устрой­ ству считывания (см. подраздел 1.3.1). Поэтому размеры выходного устройства малы, сопоставимы с размерами самой ячейки, следовательно, емкость С мала, напряжение сигнала AU = Q $/C значительно больше, чем в решетке (примерно в п раз, где п — число ячеек столбца). В матрицах для видимого диапазона, где заряд <2ф мал (в отличие от ИК-матриц, где заряд <5ф большой из-за большого теплового фона) это обстоятельство является решающим.

Конечно, новый виток развития — возрождение решетчатых матриц для видимого диапазона — стал возможен благодаря новой схемотехнической и технологической базе. Современные технологии, высокое разрешение (техно­ логические нормы порядка 0,1 мкм) позволяют расположить в каждой ячейке решетки несколько транзисторов (в типовой — четыре транзистора). Обычно два транзистора — коммутирующие, а из двух других формируют повторитель с малой входной емкостью С, сопоставимой с емкостью выходного устройства считывания в ПЗС. Поэтому и напряжение AU = Q $/C на входе этого

повторителя сопоставимо с выходным напряжением в ПЗС. Повторитель — согласно своему названию — повторяет, передает на выходную шину это напряжение (а не заряд, как было в решетках 1960-х годов).

Название прибора (КМОП-ФД-СБИС) очень громоздко, но зато подробно отражает его архитектуру:

КМОП. Эта аббревиатура относится к так называемым комплементарным парам полевых транзисторов (с МОП-структурой), а также к технологии, ко­ торая позволяет такие пары изготавливать, о чем говорилось в разделе 1.3;

ФД — фотодиодная. Значит, фотоприемником (добавим: и накопительной емкостью) является фотодиод;

СБИС — сверхбольшая интегральная схема. В литературе наиболее часто сообщается о выпуске рассматриваемых матриц с форматами от 640 х 512 до 1280 х 1024 (есть сообщение о матрице формата ~2000 х 2000). Такие пре­ образователи изображения по терминологии микроэлектроники относятся к сверхбольшим и даже ультрасверхбольшим интегральным микросхемам.

Как видим, по своей архитектуре КМОП-ФД-СБИС и гибридная ИК-мат- рица (с МОП или КМОП ключами) идентичны, так что их можно назвать «сестрами». Только в ИК-матрице ФД и электронику изготавливают на раз­ ных кристаллах (узкозонном и кремниевом соответственно), а затем эти кри­ сталлы соединяют методом «flip-chip» с большим числом соединений, равным числу элементов (см. подраздел 1.3.1). А в КМОП-ФД-СБИС можно избе­ жать проблему столь большого числа соединений, сформировать и фотодиоды, и электронику в едином кремниевом кристалле.

Для производства фото-ПЗС-матриц требуется разработка специальной тех­ нологии, которую так и называют «ПЗС-технологией» (прежде всего, она должна обеспечить высокое качество границы раздела окисел-полупровод­ ник). Производство КМОП-ФД-СБИС, как уже говорилось, базируется на мас­ совой КМОП-технологии (но, конечно, модернизированной). Эта технология, а также решетчатая организация обеспечивают ряд особенностей и преимуществ КМОП-ФД-СБИС по сравнению с фото-ПЗС-матрицами:

меньшая стоимость, что обусловлено как раз массовостью, отработанностью КМОП-технологии;

большая функциональная насыщенность. Технологическая совместимость собственно фоточувствительной матрицы и микроэлектронных схем дает воз­ можность включить в состав прибора, изготовить на едином кремниевом кри­ сталле, кроме мультиплексоров строк и столбцов, различные аналоговые и даже цифровые блоки с программным управлением (например, усилители на выходе каждого столбца, аналого-цифровые преобразователи, цифровые шины);

высокая скорость считывания. В системах слежения за малоразмерной целью достаточно опрашивать только интересующее нас окно — фрагмент матрицы, на который проецируется изображение цели. Такую произвольную

выборку фотосигналов от пикселов позволяет сделать решетчатая организация КМОП-ФД-СБИС. В ПЗС необходимо опрашивать всю матрицу полностью, все пикселы, на что уходит, естественно, большее время;

большее число фирм, способных организовать производство КМОП-ФД- СБИС — практически каждая фирма, выпускающая цифровые (аналоговые) СБИС и владеющая современной унифицированной КМОП-технологией.

Вместе с тем фото-ПЗС матрицы сохранили ряд важных преимуществ по сравнению с КМОП-ФД-СБИС:

высокие чувствительность и однородность. Почти вся площадь пиксела фото-ПЗС (до 90%) является фоточувствительной. К сожалению, в КМОП- ФД-СБИС собственно фотодиод занимает только 25-30% площади пиксела, а остальная площадь занята КМОП-транзисторами. Кроме того, в фото-ПЗС ниже плотность шума в единичной полосе, так как заряды всех пикселов проходят через единственный малошумящий усилитель-повторитель на выходе. А в КМОП-ФД-СБИС фотозаряды проходят свой индивидуальный и длинный путь: повторитель ячейки, усилитель столбца, последующие устройства аналого-цифровой обработки. Все эти узлы вносят свои шумы, а разброс их коэффициентов передачи приводит к неоднородности;

высокое пространственное разрешение. Оно определяется геометрическими размерами пиксела. В современных фото-ПЗС удается достичь размеров порядка 3 х З т 5 х 5 мкм2 А в КМОП-ФД-СБИС пиксел больше, порядка 5 х 5 т 9 х 9 мкм2, так как требуется разместить КМОП-транзисторы и шины столбцов и строк.

Каждая из рассматриваемых матриц находит свою нишу, своего потребите­ ля. Выпуск фото-ПЗС стабилизировался на очень высоком уровне — порядка 50 млн штук в год. Выпуск КМОП-ФД-СБИС в 2000 году составил порядка 10 млн штук и ежегодно почти удваивался, так что уже в 2003 году превысил объем выпуска фото-ПЗС.

Монография, учебник не успевают за прогрессом, стремительным развити­ ем фотоэлектроники. Пока книга готовится к печати, ряд приводимых в ней сведений о последних достижениях может устареть. Это относится и к вы­ шеописанным направлениям, и к КМОП-ФД-СБИС. Нами был отмечен недо­ статок этих приборов: фотоактивна только четверть-треть площади пиксела. Но уже предложен «двухэтажный» пиксел, где этот недостаток устранен. Схе­ матически подобный пиксел приведен на рис. 1.4.2. Здесь выбрана подложка дырочного типа проводимости. На поверхности (на первом «этаже») форми­ руется обычная структура с «-областью фотодиода и полевыми транзистора­ м и ^ рисунке показан один из них). Переходы мелкие, их типичная глубина 0,2ч-0,3 мкм. Ноу-хау пиксела заключается в наличии сильно легированной р+-области. Это карман глубиной порядка 0,5-г 1 мкм, в котором и оказались заключенными транзисторы. Слаболегированная р-подложка является вторым,

«подвальным» этажом, в котором поглощается излучение: эффективная длина поглощения становится больше глубины залегания этого слоя (~0,5 мкм) при длинах волн Л > 0,45 мкм. Если в обычном пикселе фотоэлектроны, генериро­ ванные под транзисторами, диффундировали к поверхности, где и рекомбини­ ровали, то в новой структуре поле р+-р -перехода отражает эти фотоэлектроны словно стенки. Фотоэлектроны переносятся (диффундируют) по р-подложке, как по руслу реки, и «всасываются» в воронку р -л +-перехода фотодиода —

Облучение

к —пиксел

(схемотехническая зона)

увлекаются электрическим полем этого перехода и создают фототок. Так уда­ ется «очувствить» всю площадь пиксела.

Почему электроны отталкиваются от р+-области? Потому что в р+-р- и р - л-переходах поле направлено в сторону той области, где дырок больше (на рис. 1.3.2 это показывалось на примере р-я-перехода). Электроны дрейфуют против поля, стало быть, выталкиваются из областей с большей концентрацией дырок (стремятся туда, где меньше «чужих» дырок и больше, как мы говорили, «своих» электронов).

Вообще говоря, переходы типа р+-р (или п+-п) применялись как отражаю­ щие стенки давно, в том числе и в ПЗС. Они располагаются по обеим сторонам канала (по сторонам цепочки зарядово-связанных МОП конденсаторов), пре­ пятствуют боковому растеканию неосновных носителей по поверхности, форми­ руя таким образом русло канала. Если р+-области в пикселе КМОП-ФД-СБИС являются «дном», то в канале ПЗС — его «берегами».

Из рис. 1.4.2 видно, что ФД расположен на краю пиксела. Поэтому ФД «засасывает» также часть фотоэлектронов, генерированных под соседним пикселом (на рис. 1.4.2 — это сосед справа). Так что «первый этаж» (элек­

троника) оказывается несколько смещенным относительно своего «второго этажа» (p-области, поглощающей излучение и поставляющей фотоэлектроны для фотодиода).

Также не нов двухэтажный принцип расположения электроники и фоточувствительных областей. Ведь в гибридных ИК-матрицах кремниевый кристалл с микросхемами является фактически одним этажом, а кристалл узкозонного фоточувствительного полупроводника (InSb, GdHgTe) — другим. Таковы и болометрические матрицы: мостовые болометрические структуры как бы надстраиваются над кремниевым кристаллом после того, как в нем сформированы микросхемы.

Еще два примера стремительного развития КМОП-ФД-СБИС. Выше ука­ зывалось типовое количество транзисторов в пикселе — четыре, но разрешение фотолитографии повышается (технологические нормы становятся субмикрон­ ными), и уже в пикселе можно разместить десятки транзисторов, что открывает широкое поле для фантазии разработчиков. Так, предложено проводить в пик­ селе обработку фотосигналов (в том числе фотосигналов своих соседей), реали­ зовать классические методы обработки изображений, например, выделять кон­ тур, малоразмерную цель. Выше указывался также рекордный формат ~2000 х 2000. Но этот рекорд взят: уже есть сообщения о формате ~4000 х 3000.

На примере матриц типа КМОП-ФД-СБИС становится видна одна из об­ щих тенденций развития фотоэлектроники. Сначала разрабатывались отдель­ ные приемники излучения (1950-1960-е годы). Потом в состав прибора включа­ ются предусилители, а появившиеся матрицы содержат простейшие накопители и коммутаторы (вторая половина 1960-х - начало 1970-х годов). Состав фотоприемного устройства непрерывно усложняется, наращиваются выполняемые им функции. В 2001 году фирма Hyundai сообщила о разработке специальной цифровой СБИС: на одном кристалле была расположена не только собственно КМОП-ФД матрица, но и все необходимые электронные блоки видеокамеры. Это уже не фотоматрица, а скорее всего половина видеокамеры. Так происхо­ дит интеграция, сращивание фотоприемников, фотоприемных устройств с элек­ троникой оптико-электронной аппаратуры. Так появляется новое направление интеллектуальных фоточувствительных СБИС.

Такова краткая история фотоэлектроники — от истоков и до настоящего времени. Последние из рассмотренных направлений особенно наглядно пока­ зывают, что фотоэлектроника сегодня остается в самом центре поступательного движения науки и техники. Так что история фотоэлектроники еще далека от завершения. И если читатель держит в руках эту книгу, значит, он продолжит эту историю. Пожелаем читателю вписать в нее свое имя, как это уже сдела­ ли многие отечественные ученные. Начиная с А. Г Столетова, они внесли и вносят существенный вклад в развитие практически всех направлений фото­ электроники. В советское и постсоветское время получили мировое признание работы В. Е. Лашкарева, Д. Н. Наследова, С. М. Рывкина, Б. Т. Коломийца, Ж. И. Алферова, А. В. Ржанова, Л. Н. Курбатова и многих других ученых.

1.5. Место и значение фотоэлектроники в современной жизни

Этот раздел можно рассматривать как естественное продолжение преды­ дущих «Страниц истории».

Очевидно, что технический прогресс обусловлен развитием всех отраслей и научных направлений, их взаимным влиянием и проникновением. Нам важ­ но проследить роль фотоэлектроники в этом прогрессе: как внедрение новых типов фоточувствительных приборов приводило к количественным и качествен­ ным изменениям параметров изделий, меняло их технический облик, позволяло создавать принципиально новую технику, не имеющую аналогов и зачастую ре­ волюционизирующую целые отрасли.

1.5.1. Фотокинотехника. Задача этой техники — фиксировать оптическое изображение, так что по самой своей природе эта техника призвана использо­ вать фотоприемники. Однако первое широкое применение фоточувствительных приборов в кинофототехнике было связано вовсе не с изображением, а со зву­ ком! «Великий немой» заговорил в 1929 году: тогда вышел на экраны первый звуковой фильм «Джазовый певец», что стало сенсацией для современников. И эта сенсация состоялась — как бы мы сегодня сказали — благодаря «оптронной паре», а точнее, паре фотоэлемент и лампа, которая считывала информацию со звуковой дорожки.

Естественно, фотоприемники не оставляют без внимания и изображения. Сначала они помогают определить экспозицию. Есть сведения, что в Австрии еще в 1935 году появилась любительская кинокамера Ecuning С-2 со встро­ енным экспонометром. Но широкое применение экспонометры находят после Второй мировой войны — сначала как отдельные приборы, потом они встраива­ ются в фотоаппараты, помогая вручную установить нужную экспозицию. Затем автоматизируется установка диафрагмы и выдержки, так что ручной остается только операция наводки на резкость. Фирма Kodak провозглашает принцип «Вы нажимаете на кнопку, мы делаем остальное». В шестидесятых годах ис­ пытываются экспериментальные камеры с системой автофокусировки (на ли­ нейках кремниевых фотодиодов). На рубеже семидесятых-восьмидесятых го­ дов появились полностью автоматические фотоаппараты: компактная камера Konica-35AF (1977 год, сегодня такого рода камеры мы называем «мыльница­ ми») и зеркальный аппарат Pentax-ME-F (1981 г.). Одни фирмы провозглашают принципы, другие их реализуют.

Решающим вкладом фотоэлектроники в кинофототехнику стала замена фо­ топленки на твердотельные преобразователи изображения, стремительное раз­ витие которых, как отмечалось, начинается с 1970 года, года изобретения ПЗС. Сегодня любительские кинокамеры исчезли — их заменили видеокамеры на ос­ нове твердотельных преобразователей изображения. Первое поколение видео­ камер было аналоговым: возможность съемки как при ярком Солнце (105 лк), так и при низкой освещенности (специальные ПЗС способны «видеть» даже