Разработка оптоэлектронного устройства. Опции

[jawaman]

Стоит задача раработать микросхему - оптоэлектрический преобразователь с коммутатором на борту. Что должно быть.
1. Фотоматрица как приемник оптических сигналов. Сигналы поступают через оптоволокно, которое состоит из множества волокон. Фотоматрица должна принимать сигнал с каждого волокна. Соотношение диаметра волокна и пиксела (фотодиода) 1:4 (можно другое, но не менее; не столь важно), т.е. сигнал с одного волокна принимается 4-я фотодиодами. Эти четыре фотодиода и одно волокно образуют информационный канал. Фотоматрица должна преобразовывать оптический сигнал в электрический, причём каждый элемент функционирует как пороговый детектор, указывающий наличие или отсутствие светового сигнала в соответствующей позиции. К выходным сигналам фотоприемников предъявляется единственное требование - устанавливать триггер, являющийся элементом памяти, в нужное состояние.
2. Далее сигнал идет на коммутатор, который должен коммутировать определенным образом (задается через внешние управляющие входы) каналы.
3. Уровни выходных сигналов ТТЛ, КМОП.
4. Количество оптических вводов на количество электрических выводов 128х128. Т.е. число каналов 128. В принципе возможно и большее число каналов.

Вообще как вы думаете возможно ли разработать такое устройство в виде микросхемы?

[Gesha]

Думаю, что можно разработать такую микросхему.
Вопросы возникают конкретные:
- диаметр оптоволокна
- мощность оптического сигнала
- доступное электрическое питание устройства и мощность
- наличие финансовых средств на разработку микросхемы
и т.п.

Сообщение отредактировал Gesha - Nov 9 2006, 15:18

[-=Sergei=-]

Думаю, что можно разработать такую микросхему.
Вопросы возникают конкретные:
- диаметр оптоволокна
- мощность оптического сигнала
- доступное электрическое питание устройства и мощность
- наличие финансовых средств на разработку микросхемы
и т.п.

Самый главный вопрос как это оптоволокно к кристаллу крепить ??????????

[Krys]

Самый главный вопрос как это оптоволокно к кристаллу крепить ??????????

Да с этим вопросов практически нет: поступать нужно также, как крепят фоконы между ЭОП и ПЗС в высокочувствительных телекамерах. Точно сказать не могу, но это делается давным-давно. Факт.

[cbs]

Самый главный вопрос как это оптоволокно к кристаллу крепить ??????????

Да с этим вопросов практически нет: поступать нужно также, как крепят фоконы между ЭОП и ПЗС в высокочувствительных телекамерах. Точно сказать не могу, но это делается давным-давно. Факт.

А по какой технологии (блин, опять букв не хватает :-))?

[Krys]

Если я ничего не путаю, то оптоволокно приклеивается в одном варианте напрямую к кристаллу, а в другом варианте - через тончайшую стеклянную прослойку. Прослойка повышает рассеяние света (кружок света от оптоволокна становится на кристалле бОльшего диаметра, чем волокно).

[DS]

Вроде не клеится, а точно ставится с очень маленьким зазором. Если приклеить - кристалл сломается при изменении температуры. Причем стоит недешево - буржуйские изделия с волоконной шайбой стоят на 500 - 1000$, чем со стеклянным окном.

[zzzzzzzz]

Нечто подобное разрабатывали. Фотоматрица CCD (на диоде и NCH) для рентгенографии. Заказчик раздумал доводить проект до конца. Заморожен на полпути. Если реально нужна такая ИС и на это есть деньги,- напишите подробнее. Размеры ячейки, частоты, скорости опроса, диапазон излучения и т.п.
Большую часть обработки здесь целесообразно переложить на математику - не просто триггеры на выходе, а связка Ааналоговый коммутатор-АЦП-МК-интерфейс.При этом можно не особенно заботиться о качестве оптического перехода между световодом и кристаллом матрицы, достаточно хорошей шлифовки и приклейки. Остальное сделают алгоритмы калибровки-нормализации.

[nikdva]

Если фотоматрица ПЗС крепиться не на микрохолодильник Пелтье, то в зазор между волоконной шайбой и кристаллом наливают иммерсионное масло

[khach]

Может кто описать технологию, по которой hamamatsu делает back-thinned CCD - вскрытие фоточувствительного слоя со стороны подложки путем глубокого травления кремния?

[DS]

Тут я думаю не много народа, кто эти матрицы хотя бы в руках держал, не то, что знал, чем их травят.

[klop]

А это часом не из славного города Рыбинска ветер дует?

P.S.
Кажется что то подобное уже было:
http://electronix.ru/forum/index.php?s=&am...st&p=173810

[khach]

Тут я думаю не много народа, кто эти матрицы хотя бы в руках держал, не то, что знал, чем их травят.

Уже года четыре с ними работаю, вот и задумался, есть ли возможность сделать ее самому, выдрав матрицу из фотоаппарата, отклеив от подложки и стравив кремний на определенную глубину. Подопытных кроликов собрал кучу, которых нежалко. Теперь думаю как можно точно держать глубину травления на большой площади, или как контролировать. Гляда на оригинальную матрицу сразу видно, что это полуручная работа - поверхность травления несовсем гладкая, волнами идет, но зеркальная. И бортик толстый по краям остается, там, где с другой стороны wirebondы подходят.

[DS]

Видел такие, думаю, что там травление плазмохимическое или ионное. Без оборудования - никак. Ради 2 по чувствительности не думаю, что имеет смысл возиться. back-thinned делает 90% квантовый выход вместо 45--60%.

[khach]

Видел такие, думаю, что там травление плазмохимическое или ионное. Без оборудования - никак. Ради 2 по чувствительности не думаю, что имеет смысл возиться. back-thinned делает 90% квантовый выход вместо 45--60%.

Имеет, имеет, особенно для отсутствия интерференций. Проблема в том, что плазмохимическая травилка есть, и ионная (Ar) тоже. А вот как подобрать режим, проконтролировать глубину- хз. Ну непришлось работать с кремнием в силу молодого возраста. Вот и ищу спецов по кремнию. Древних, которые могли его руками обрабатывать.

[DS]

Древние руками контролировали. Сейчас поэтому здесь проблемы со сложным напылением. Давно уже есть оборудование для контроля толщины пленок, а наши "по древнему" косвенным методом контролируют - по времени, по цвету.

Для такой толщины, видимо только по времени можно контролировать.

Но интерференция будет подавлена только в узком спектральном диапазоне. Хотя, если Вы лазером светите, можно подогнать под конкретную частоту.

А вообще - спасибо, что обратили внимание. У самого есть проблемы с интерференцией. Мы правда исключительно Hamamatsu пользуемся. Но надо проверить коэффициент отражения от лямбда.

[khach]

Древние руками контролировали. Сейчас поэтому здесь проблемы со сложным напылением. Давно уже есть оборудование для контроля толщины пленок, а наши "по древнему" косвенным методом контролируют - по времени, по цвету.

Для такой толщины, видимо только по времени можно контролировать.

Но интерференция будет подавлена только в узком спектральном диапазоне. Хотя, если Вы лазером светите, можно подогнать под конкретную частоту.

А вообще - спасибо, что обратили внимание. У самого есть проблемы с интерференцией. Мы правда исключительно Hamamatsu пользуемся. Но надо проверить коэффициент отражения от лямбда.

Так, все смешалось в доме Облонских (с). Мне не просветляющее покрытие растить надо, это худо-бедно умеем, и не толщину эпитаксиального слоя при росте мерять (будете смеятся, но видел на MBE машине для контроля толщины стоит китайская лазерная указка и фотодиод от дистанционки, хотя детектируется серьезным Lock-inом) и толщина исключительно по времени, конечно после калибровки источников на толстых пленках. два -три атомных слоя ловятся спокойно. Так что ненадо на древних наезжать. :-)
Мне надо сравнительно равномерное травление кремния, с контролем вскрытия изолирующих карманов. Это элементарно видно на поляризационном микроскопе, но для этого надо вынимать CCD из травилки. Вот думаю, можно ли травить включенную ССД и на-ходу смотреть за фоточувствительностью обратной стороны?
По поводу интерференций во front-illuminated ССД- Вы видели волны на спектральной характеристике? так вот, поставьте ССД на спектрофотометр с другим фокусным расстоянием и волны будут в других местах по спектру, т.к углы падения поменяются. А у back-thinned этого нет, т.к слой кремния толстый, и обычно ничем непокрыт (AR на ультрафиолет- отдельная тема). Ну и рост QE в два раза- на слабых сигналах я могу получить на двухкаскадном пельтье с back-thinned то же самое, что с front-illuminated в криостате при охлаждении жидким азотом при экспозиции в два-три раза дольше.
Плазменное травление неподойдет- 150-200 мкм травить- это слишком долго и неравномерно получится.

[DS]

Да у меня ситуация хуже, сигнал широкополосный, от 1000 до 300 нм и когерентный. Вы мне просто напомнили, что считать надо не только от стекла, но и от кремния. Нас и back-thinned не особо спасает, надо дополнительную оптику в спектрометр делать. А продукт серийный.

А что за бугром есть еще такие места, где дешевле самому вскрывать - травить - ставить обратно в корпус, чем купить готовую ? У нас это уже нерентабельно. Если, конечно, Вы не конкурент Hamamatsu .

[khach]

А что за бугром есть еще такие места, где дешевле самому вскрывать - травить - ставить обратно в корпус, чем купить готовую ? У нас это уже нерентабельно. Если, конечно, Вы не конкурент Hamamatsu .

Бывает, что копеечная вебкамера удобнее килобаксового прибора. Вот если бы они еще и черно-белые были (по такой цене). А смывка цветного фильтра - занятие не намного менее хлопотное, чем отдирание матрицы. Эти пляски с бубном оправданны, когда существует большой риск уничтожить сенсор в процессе использования, или для макетирования, или фирменный по габаритам невлазит, или разрешение нужно многомегапиксельное. Не секрет, что научное приборостроение сейчас часто отстает от ширпотребовского. И выдирание 8 мегапиксельной матрицы из фотоаппарата или линейка от сканера в спектрометре- достаточно распространенное явление.

[nikdva]

back-side ccd обычно применяют для регистрации глубокого ультрафиолета и электронов.
Лет 20 назад этим занимались в НПО "Электрон" (Питер).
Сейчас вроде этим перестали заниматься

[DS]

Бывает, что копеечная вебкамера удобнее килобаксового прибора. Вот если бы они еще и черно-белые были (по такой цене). А смывка цветного фильтра - занятие не намного менее хлопотное, чем отдирание матрицы. Эти пляски с бубном оправданны, когда существует большой риск уничтожить сенсор в процессе использования, или для макетирования, или фирменный по габаритам невлазит, или разрешение нужно многомегапиксельное. Не секрет, что научное приборостроение сейчас часто отстает от ширпотребовского. И выдирание 8 мегапиксельной матрицы из фотоаппарата или линейка от сканера в спектрометре- достаточно распространенное явление.

Посмотрел Hamamatsoвскую доку на back-thinned - там еще есть activation layer, создающий пространственный заряд, так что просто травлением это не сделать.