Страница 9 из 41
Ученые в самом начале пути, но идея использования границ многослойных структур для получения материалов с нужной ионной проводимостью в любом случае заслуживает пристального внимания. ГА
Новую технологию изготовления гибких матриц фотоcенсоров, способных принять форму сложной искривленной поверхности, разработали ученые из Иллинойского университета в УрбанаШампейн. Технология обещает скорое появление высококачественных миниатюрных камер, подобных глазу человека и животных.
Несмотря на быстрый прогресс фото- и видеотехники ей все еще далеко до наших органов зрения. Для имитации единственного хрусталика глаза приходится применять дорогие и очень сложные объективы, редко обходящиеся без десятка линз из различных стекол с пленочным просветлением и тому подобных ухищрений. Но и таким конструкциям редко удается избежать аберраций и обеспечить одинаковую четкость и яркость изображения на всей площади плоской матрицы сенсора.
Специалисты давно заметили, что полусферическая поверхность сетчатки наших глаз при завидной компактности и простоте позволяет получить сравнительно широкий угол обзора и минимум искажений. Уже более двадцати лет инженеры безуспешно пытаются приспособить хорошо отработанные плоские технологии фотолитографии для изготовления искривленных матриц, но до сих пор никому не удавалось изготовить хотя бы работоспособный образец. Шутка ли, хрупкие пластины кремния ломаются уже при деформациях менее одного процента.
В новой технологии используется весьма хитроумный путь получения искривленного сенсора. Сначала формируется гибкая тонкая мембрана нужной формы. Затем она специальным приспособлением растягивается, как кожа барабана, и принимает плоскую форму. На эту мембрану переносится изготовленная по обычной планарной технологии сетка из кремниевых фотодиодов матрицы и сопутствующая электроника. Диоды в сети располагаются не вплотную друг к другу, как на обычной матрице, а разнесены и соединены гибкими металлическими проводниками. Далее мембрану освобождают, и она принимает первоначальную форму полусферы. При этом сетка фотодиодов сильно сжимается, но возникающие в ней напряжения эффективно снимаются за счет того, что металлические проводники отслаиваются от мембраны и слегка вспучиваются в виде маленьких дуг. В результате кремниевые пикселы-фотодиоды избегают значительных напряжений и сохраняют работоспособность. На последней стадии техпроцесса мембрану с матрицей приклеивают к подготовленной стеклянной полусфере и выполняют все необходимые электрические соединения.
Первый экспериментальный образец полусферического сенсора имеет всего 256 пикселов на площади около одного квадратного сантиметра с прикрепленной линзой диаметром около двух сантиметров. Но уже на таком несовершенном прототипе удалось заметить улучшение качества изображения по сравнению с обычной плоской матрицей.
По мнению специалистов, данный метод открывает широкие возможности для оптимизации различной фото- и видеотехники. Также по этой технологии можно изготавливать имплантаты, дисплеи и системы индикации сложной формы и множество других самых разнообразных устройств. ГА
Новый способ фокусировки излучения полупроводниковых лазеров с помощью поверхностных плазмонов продемонстрировали физики из Гарвардского университета при поддержке японских коллег из исследовательской лаборатории Hamamatsu Photonics. Метод обещает скорое появление более компактных и дешевых полупроводниковых лазеров с малым расхождением луча.
Полупроводниковые лазеры, излучающие фотоны при "аннигиляции" электронов и дырок, сегодня используются в самых разных устройствах, от линий оптических телекоммуникаций и DVD-приводов до лазерных указок и систем безопасности.
Однако излучение этих, как правило, миниатюрных устройств мало похоже на идеальные лучи классических рубиновых лазеров с длинным зеркальным резонатором. Длина активной зоны полупроводникового лазера невелика, а диаметр сопоставим с излучаемой длиной волны. Поэтому из-за дифракции излучение таких лазеров сильно расходится и фактически представляет собой конус с углом раствора в несколько десятков градусов.
Чтобы собрать конус в узкий луч, обычно используют специальные высококачественные линзы, которые сильно усложняют и удорожают конструкцию и к тому же значительно увеличивают размеры устройства.
Теперь ученые смогут заменить дорогую линзу тонкой металлической фольгой со щелью и канавками, наносимой на торец лазера при изготовлении. Для экспериментов был выбран квантовый каскадный лазер, излучающий на длине волны 9,9 мкм.
На его торец был нанесен изолированный слой золота толщиной 1,7 мкм с щелью шириной около двух микрон напротив активной зоны лазера. Параллельно щели на фольге ионным пучком была изготовлена серия канавок шириной 0,8 и глубиной 1,5 мкм на расстоянии 8,9 мкм друг от друга.
Это на первый взгляд простое устройство, совсем не похожее на обычную линзу, работает следующим образом. Проходя сквозь щель, излучение лазера частично поглощается, возбуждая в фольге поверхностные плазмоны — коллективные колебания электронного газа металла и электромагнитного поля.
Плазмоны, распространяясь по фольге, встречают на своем пути канавки и рассеиваются на них, вновь частично трансформируясь в электромагнитные волны с той же частотой, что и излучение лазера. Размеры канавок и расстояние между ними подобраны так, чтобы волны интерферировали с излучением лазера и усиливали узкий пучок, гася все, что излучается под большими углами. Так удалось более чем в 25 раз уменьшить угол расхождения луча, с 63 до 2,4 градуса, при весьма небольших потерях энергии.
В экспериментах с успехом была проверена и другая конструкция металлической линзы. Канавки были нанесены прямо на полупроводник, а затем, после тонкого слоя изолятора, был нанесен слой металла толщиной всего 400 нм. Эта конструкция требует меньше золота, более практична, но все еще плохо приспособлена для массового производства.