Научная тема: «МНОГОКАНАЛЬНАЯ СПЕКТРОМЕТРИЯ И МАТРИЧНОЕ ТЕПЛОВИДЕНИЕ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ АРСЕНИД-ИНДИЕВЫХ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ МДП-СТРУКТУР С ЗАРЯДОВОЙ ИНЖЕКЦИЕЙ»
Специальность: 01.04.01; 01.04.10
Год: 2009
Отрасль науки: Физико-математические науки
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Арсенид-индиевые фоточувствительные ПЗИ-элементы со структурой МДП можно полноценно использовать в многоканальных линейчатых и матричных ФПУ, предназначенных для широкодиапазонной (от видимого до 3 мкм) спектрометрии и спектрально-узкополосного тепловидения.
  2. Результаты исследования электрофизических и фотоэлектрических свойств фоточувствительных ячеек (установленные туннельные механизмы зарядовой неста­бильности, координатные характеристики чувствительности, низкий (2%) уровень электронно-оптической связи фотоэлементов, широкодиапазонная спектральная ха­рактеристика и др.), а также набор полученных спектров пропускания и эмиссионных спектров, измеренных в области от 0.5 мкм до 3.05 мкм за времена порядка несколь­ких миллисекунд с помощью арсенид-индиевых 512-элементных МДП-ПЗИ линей­ных фотоприемников, доказывают возможность и демонстрируют начало развития спектрально-широкополосной многоканальной спектрометрии на базе указанных де­текторов излучения.
  3. Развитое при выполнении диссертационной работы коротковолновое спек­трально-узкополосное матричное тепловидение, характеризующееся использованием для этой цели научно-обоснованной новой элементной базы (арсенид-индиевые мат­ричные МДП-ПЗИ фотоприемники) и разработанными новыми методами измерения физических величин, является новым высокоинформативным инструментом исследо­вания в экспериментальной физике.
  4. Зарядовая нестабильность МДП-структур на основе узкозонных полупровод­ников типа A3B5 InSb и InAs в сильном электрическом поле (> 106 В/см) при темпера­туре, близкой к 80 K, обусловлена механизмом туннелирования электронов через тре­угольный потенциальный барьер.
  5. Экспериментальное исследование кинетики накопления заряда в диэлектрике МДП-структур на основе узкозонных полупроводников типа A3B5 (InSb, InAs) при температуре жидкого азота позволило определить значения фундаментальных физи­ческих параметров этих структур: высоту потенциальных барьеров для электронов на границах полупроводник-диэлектрик и металл-диэлектрик, энергию активации лову­шек в диэлектрике, эффективную массу электрона в запрещенной зоне анодного окисла, выращенного на InSb.
  6. В фоточувствительных МДП-ПЗИ элементах на основе InAs определяющую роль при температуре, близкой к 80 К, играют латеральные эффекты (латеральная фо­точувствительность, латеральное растекание заряда), которые способны на количест­венном (десятки процентов) и качественном (потеря разрешающей способности) уровнях изменять характеристики многоэлементных детекторов излучения, создан­ных на базе таких полупроводниковых структур.
  7. Высокоэффективным способом снижения уровня электронных перекрестных наводок в многоэлементных ПЗИ-детекторах с последовательным считыванием сиг­нала является задержка напряжения считывания на каждом предыдущем элементе на время, превышающее время жизни неосновных носителей заряда в полупроводнике.
  8. Новая физическая величина - степень гетерогенности температурного поля, количественно описывающая неоднородность распределения температуры поверхно­сти физических тел, является независимой количественной характеристикой, отра­жающей физические свойства исследуемого объекта, и может быть определена путем математической обработки измеренных тепловизионных термограмм.
  9. Тепловидение, реализованное с использованием арсенид-индиевых спектрально-узкополосных матричных детекторов излучения, обладает высокими пространственным разрешением (коэффициент электронно-оптической связи фотоэлементов менее 2%), быстродействием (порядка 100 кадров в секунду), чувствительностью (порядка сотых долей градуса при температуре объекта 30 °C) и контрастностью изображения (превышающей при температурах объекта 30-40 °C контрастность длинноволновых тепловизионных изображений на десятки процентов); в качестве примеров: оно позволяет количественно исследовать в реальном масштабе времени температурную кинетику функционирования одиночных кожных желез и регистри­ровать начальные стадии адсорбции молекул паров воды на твердых телах, начиная с эффективной степени заполнения поверхности молекулами адсорбата, соответст­вующей десятым и сотым долям монослоя.
Список опубликованных работ
Монографии:

1. Вайнер Б.Г. Матричное тепловидение в физиологии : Исследование сосуди-стых реакций, перспирации и терморегуляции у человека. - Новосибирск: Изд-во СО

РАН, 2004. - 96 с.

2.Система кровообращения и артериальная гипертония: биофизические и генетико-физиологические механизмы, математическое и компьютерное моделирование/ Авторы: Багаев С.Н., Бибердорф Э.А., Блохин А.М., Вайнер Б.Г., Евшин И.С., Захаров В.Н., Иванова Л.Н., Колпаков Ф.А., Леонова Т.И., Маркель А.Л., Медведев А.Е., Москалев А.С., Орлов В.А., Панов С.В., Попова Н.И., Самсонов В.И., Семисалов Б.В., Тарков М.С., Трохинин Ю.Л., Фомин В.М., Фомин Ю.Н., Шарипов Р.Н., Якобсон Г.С./ Отв. ред. Л.Н.Иванова, А.М.Блохин. - Новосибирск, Изд-во СО РАН, 2008, 252 с. -с. 205-249.

3.Body temperature regulation/ The authors: B.G.Vainer, A.D.Flouris, S.S.Cheung, S.Yahav, D.Shinder, et al./ Austin B. Cisneros and Bryan L. Goins, Editors. - Nova Science Publishers, Inc., New York, 2009. - 360 pp.

Статьи в рецензируемых международных журналах:

4.Vainer B.G. Focal plane array based infrared thermography in fine physical experiment. - J. Phys. D: Appl. Phys., 2008, vol. 41, no. 6, p. 065102 (12 pp.).

5.Vainer B.G. Quantitative characterization of vapour adsorption on solid surfaces and estimation of emissivity of solids using narrow-band short-wave infrared thermography. Quantitative Infrared Thermography (QIRT Journal), 2008, vol. 5, no. 2, p. 175-193.

6.Vainer B. G., Moskalev A. S. Heterogeneous thermograms: the methods of attack. Acta Bio-Optica et Informatica Medica, 2008, vol. 14, no. 2, p. 143-144.

7.Vainer B.G. FPA-based infrared thermography as applied to the study of cutaneous perspiration and stimulated vascular response in humans. - Phys. Med. Biol., 2005, vol. 50, p. R63-R94.

8.Vainer B. G. Limitary operation conditions affecting CID short-wave infrared detector performance. - Meas. Sci. Technol., 2004, vol. 15, no. 5, p. 821-830.

9.Vainer B. G. Treated skin temperature regularities revealed by IR thermography. -Proc. SPIE, 2001, vol. 4360, p. 470-481.

10.Vainer B. G. Excess lateral photo-response caused by technological and constructive defects in the IR-sensitive hybrid microcircuits. - J. Cryst. Growth, 2000, vol. 210, no. 1-3, p. 356-360.

11.Vainer B. G., Kamaev G. N., Kuryshev G. L. Application of the narrow spectral range InAs-FPA-based IR camera for the investigation of the interface voids in silicon wafer bonding. - J. Cryst. Growth, 2000, vol. 210, no. 1-3, p. 351-355.

Статьи в рецензируемых российских журналах:

12.Вайнер Б. Г. Фундаментальные проблемы функционирования многоэлемент-ных ПЗИ-фотоприемников на основе узкозонных полупроводников. - Электроника Сибири, 2008, № 3, с. 87-94.

13.Вайнер Б. Г. Тепловидение и спектрометрия, реализованные с использовани-ем арсенид-индиевых многоэлементных ПЗИ-фотоприемников. - Электроника Сиби¬ри, 2008, № 3, 2008, с. 95-102.

14.Маркель А. Л., Вайнер Б. Г. Инфракрасная термография в диагностике рака молочной железы: обзор зарубежной литературы. - Терапевтический архив, 2005, т. 77, № 10, с. 57-61.

15.Вайнер Б. Г. Тепловизионный мониторинг в косметологии. - Инновации, 2005, № 7, с. 119-122.

16.Вайнер Б. Г. Влияние напряжения смещения на поверхностное распределе-ние локального фотоотклика в МДП ПЗИ-ячейках, частично экранированных от лате-ральной засветки. - Автометрия, 2002, т. 38, № 6, с. 88-104.

17.Лукин Е. С., Иванов А. М., Вайнер Б. Г. Тепловизионные исследования в экспериментальной механике. - Дефектоскопия, 2003, № 6, с. 70-77.

18.Вайнер Б.Г. Коротковолновые матричные тепловизоры - оптимальное сред-ство медицинской диагностики и контроля. - Больн. лист, 2002, № 9, с. 14-21.

19.Вайнер Б. Медицинское тепловидение высокого разрешения: новые возмож-ности. - Врач, 1999, № 2, с. 25-27.

20.Вайнер Б. Матричные тепловизионные системы в медицине. - Врач, 1999, № 10, с. 30-31.

21.Курышев Г.Л., Ковчавцев А.П., Вайнер Б.Г., Гузев А.А., Базовкин В.М., Строганов А.С., Субботин И.М., Захаров И.М., Ефимов В.М., Постников К.О., Ли И.И., Валишева Н.А., Панова З.В. Медицинский тепловизор на основе матричного ФПУ 128x128 для диапазона длин волн 2.8-3.05 мкм. - Автометрия, 1998, № 4, с. 5¬12.

22.Вайнер Б. Г., Костин В. В., Курышев Г. Л. Увеличение фотоответа в структу-рах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) после приложения сильного электри-ческого поля. - ФТП, 1983, т. 17, № 10, с. 1885-1886.

23.Вайнер Б. Г., Курышев Г. Л. Механизмы зарядовой нестабильности в МДП-структурах на основе InSb с диэлектриками, синтезированными при низкой темпера¬туре. - Микроэлектроника, 1981, т. 10, № 4, с. 327-332.

24.Вайнер Б. Г., Курышев Г. Л. Определение высоты барьера Al-Al2O3 и поло-жения центроида накопленного заряда в МДП-структурах на основе InSb. - Микро-электроника, 1981, т. 10, № 4, с. 367-369.

25.Вайнер Б. Г., Колосанов В. А., Курышев Г. Л. Накопление заряда в МДП-структурах на основе InSb. - ФТП, 1979, т. 13, № 4, с. 735-740.

26.Вайнер Б. Г., Колосанов В. А., Курышев Г. Л. Распределение заряда в МНОП-транзисторе на кремнии при наличии градиента электрического поля вдоль поверхности. - Микроэлектроника, 1976, т. 5, № 5, с. 424-429.

Патенты и авторское свидетельство:

27.Вайнер Б. Г., Камаев Г. Н., Курышев Г. Л. Устройство для контроля скрытой границы раздела контактирующих поверхностей (варианты). Патент РФ № 2187173 на изобретение, выд. 10.08.2002 г. Приоритет от 18.05.99 г.

28.Вайнер Б.Г., Ли И.И., Курышев Г.Л., Ковчавцев А.П., Базовкин В.М., Заха¬ров И.М., Гузев А.А., Субботин И.М., Ефимов В.М., Валишева Н.А., Строганов А.С. Матричный тепловизор. - Патент РФ № 2152138 на изобретение, выд. 27.06.2000 г. Приоритет от 30.11.98 г.

29.Беленький В. Я., Вайнер Б. Г. Метод оценки эффективности действия косме-тических средств и процедур. - Патент РФ № 2142634 на изобретение, выд. 10.12.1999 г. Приоритет от 15.09.97 г.

30.Вайнер Б. Г. Способ считывания сигнала в многоэлементном линейном приборе с зарядовой инжекцией. Авт. свид. на изобретение № 1639349, 1990 г. Приоритет от 16.06.1989 г. Опубл. в RU БИПМ, № 12, 27.04.2000, с. 446. Материалы (труды) международных конференций:

31.Vainer В., Moskalev A. Heterogeneous thermograms: the methods of attack. - In: QIRT2008, 9-th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography, Pro-ceedings, July 2-5, 2008, Krakow-Poland. - Edited by Boguslaw Wiecek. - Poland, Tech-nical University of Lodz, Institute of Electronics, 2008, p. 157-164.

32.Tarkov M. S., Vainer B. G., Evaluation of a thermogram heterogeneity based on the wavelet Haar transform. - IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2007). Proceedings. - Tomsk: The Tomsk IEEE Chapter & Student Branch. Russia, Tomsk, April 20-21, 2007, p. 145-152.

33.Ivanov A. M., Lukin E. S., Vainer B. G. Evaluation of storage energy of the con-structional steel during plastic deformation. - In: QIRT´2006, 8-th conference on Quantita-tive InfraRed Thermography, Italy, Padova, June 28-30, 2006. - Italy, 2006, 6 pp. - Pro-ceedings on-line: http://qirt.gel.ulaval.ca/archives/qirt2006/papers/051.pdf

34.Вайнер Б. Г. Изучение физиологических функций организма человека мето-дами матричного тепловидения. - В сб.: II Евразийский конгресс по медицинской фи-зике и инженерии "Медицинская физика-2005", Москва, 21-24 июня, 2005. Сборник материалов. - 2005, Москва, МГУ им. М.В.Ломоносова, с. 340-341.

35.Vainer B., Belozerov P., Baranov V. Use of IR thermography for bioheat transfer studies. - In: Proc. 7th Intern. Conf on Quantitative IR Thermography, July 5-8, 2004, von Karman Inst. for Fluid Dynamics, Rhode-St-Genese, Belgium, 2004, p. J.8.1-J.8.4.

36.Vainer B. G., Kurishev G. L. Irregular pixel defects in hybrid IR-sensitive inte-grated circuits and their effect on results of measurements in medicine and multichannel spectrometry. - In: 2002 6-th International Conference on Actual Problems of Electronic In¬strument Engineering, APEIE-2002, Novosibirsk, September 23-26, 2002. Proceedings, Volume 1. - Russia, Novosibirsk, State Techn. Univ., 2002, p. 77-85.

37.Вайнер Б. Г. Фотоотклик МДП-ПЗИ-ячеек многоэлементных линейчатых структур при засветке от источника излучения с динамическими пространственно-временными характеристиками. В сб.: Материалы VI Международной конференции Актуальные проблемы электронного приборостроения, АПЭП-2002, Новосибирск, 23-26 сентября, 2002. В 7 томах. Том 2. - Новосибирск, НГТУ, 2002, с. 124-131.

38.Vainer B. G. Narrow spectral range infrared thermography in the vicinity of 3 um operating wavelength // In: Quantitative InfraRed Thermography 5, Eurotherm Seminar 64, QIRT´2000, Reims, France, July 18-21, 2000. Proceedings. Ed. by D.Balageas, J.-L.Beaudoin, G.Busse, and G.M.Carlomagno // France, UTAP URCA, 2000. P. 84-91.

39.Vainer B. G., Kupershtokh A. L. Measurements of statistical lag time of break-down in thin amorphous layers of SiO2 . Conference record of the IEEE International Sym-posium on Electrical Insulation, Arlington, Virginia, USA, June 7-10, 1998. - Washington, IEEE, 1998, vol. 1, p. 169-172.

40.Kogan E., Kovchavtsev A., Kurishev G., Logvinsky L., Pan M., Polovinkin V., Sagdeev D., Subbotin I., Vainer B. IR spectrometer with 512 InAs-cell MOS detector. - In: Opto-92. Palais des Congres, 14-16 Avril, 1992. Douziemes Journees Professionnelles. Fi-bres Optiques, Lasers, Optique, Visualisation, Optoelectronique. - Paris, ESI publications, 1992, p. 620-622.

35

41.Вайнер Б. Г. МДП-структуры на узкозонных полупроводниках типа A B в сильном электрическом поле. - В сб.: 35 Internationales Wissenschaftliches Kolloquium. 22-25.10.1990. Heft 4. - DDR, Technische Hochschule Ilmenau, 1990, с. 44-47.

Материалы (труды) всесоюзных и всероссийских конференций:

42.Вайнер Б. Г. Определение высоты потенциального барьера для электронов на границе InSb-SiO2 и InAs-SiO2. - В сб.: ГХ Всесоюзный симпозиум "Электронные процессы на поверхности и в тонких слоях полупроводников", Новосибирск, 15-17 июня 1988 г. Ч. 1. - Новосибирск, СО АН СССР, 1988, с. 68-69.

43.Вайнер Б. Г., Жмуриков Е. И. Низковольтный гистерезис в МДП-структурах на основе InSb с анодно окисленной поверхностью. - В сб.: VII Всесоюзный симпози-ум по электронным процессам на поверхности полупроводников и границе раздела полупроводник-диэлектрик. - Новосибирск, СО АН СССР, 1980, Ч. 1, с. 36-37.