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56 - ELETTRONICA OGGI 484 - MARZO 2020 EDA/SW/T&M SPACE INSTRUMENTS Il secondo mezzo miliardo di anni La radiazione cosmica contiene anche energia più cal- da alle lunghezze d’onda dell’infrarosso. Tenendo con- to del fenomeno del redshift, questo sfondo cosmico a infrarossi nasce più tardi nel corso della vita iniziale dell’universo, quando sono nate le prime stelle e ga- lassie. Missioni come il telescopio spaziale Spitzer dei primi anni 2000 e il telescopio spaziale Herschel, lanciato nel 2009, con Planck a bordo dello stesso razzo Ariane 5, hanno campionato la radiazione infrarossa dell’u- niverso per studiare i centri delle galassie ed eventi come la formazione di stelle e pianeti (Fig. 3). Ciascu- na di queste missioni trasportava più strumenti, come la Infrared Array Camera (IRAC) di Spitzer, che con- teneva quattro array di rilevatori fotometrici sintoniz- zati singolarmente sulle lunghezze d’onda di 3,6 μm, 4,5 μm, 5,8 μm e 8,0 μm, e il PACS (Photodetector Array Camera and Spectrometer) di Herschel, comprendente due array di bolometri per l’analisi di bande a infraros- si lontani in gamme comprese tra 60 e 210 μm. Sviluppi nel rilevamento IR A differenza di un bolometro, che effettua la termalizza- zione dell’energia assorbita dal rilevatore, i rilevatori fotometrici come quelli di IRACS misurano le variazio- ni nella fotoconduttività. I rilevatori di IRACS contene- vano fotodiodi di antimonio-indio per rilevare energia a 4,5 e 3,6 μm e fotodiodi di silicio drogato all’arsenico per le lunghezze d’onda superiori a 5,8 e 8,0 μm. Fin dagli inizi dell’astronomia degli infrarossi, utilizzan- do rivelatori discreti, la tecnologia disponibile si è evo- luta rapidamente per consentire agli array di rilevatori di esaminare un maggior numero di posizioni nel cielo, più rapidamente e con un rumore inferiore rispetto ai loro predeces- sori. Alcune delle sfide incontrate per migliorare le prestazioni dei rilevatori a infrarossi hanno in- cluso lo sviluppo di strategie di calibrazione per compensare ef- fetti indesiderati come la capacità interna, che rallentano la risposta del rilevatore agli squilibri di cari- ca ed eliminare gli effetti di parti- celle ionizzanti casuali. L’avvento degli array di rilevatori a infrarossi contenenti più pixel è stato in parte favorito dalla ricer- ca militare nella visione notturna. In particolare, l’ottimizzazione del- le proprietà ottiche ed elettriche del rilevatore e dei circuiti di lettura ha portato a sud- dividere le due funzioni in wafer separati (Fig. 4). I col- legamenti diretti realizzati con elettrodi metallici sono soggetti a sollecitazioni termiche che diventano più intense con l’aumento delle dimensioni dell’array. Lo sviluppo di processi per assottigliare i wafer ha contri- buito ad attenuare questo problema, consentendo la produzione di array di sensori con un numero di pixel sempre maggiore. La prossima generazione I rilevatori IRACS contenevano 256 x 256 pixel. Sebbe- ne si sia trattato di un significativo progresso rispetto ai primi strumenti a singolo pixel, sarà sicuramente surclassato dalla prossima generazione di fotorileva- tori ospitati a bordo del James Webb Space Telescope Fig. 4 – I rilevatori a infrarossi di grandi dimensioni comprendono assorbitori e circuiti di lettura separati (Fonte: NASA - https://jwst.nasa.gov/content/ multimedia/images.html) Fig. 3 – Un vivaio stellare osservato da Herschel, distante 6200 anni luce. I piccoli punti gialli sono stelle in formazione (Fonte: California Institute of Technology - https://www.herschel.caltech.edu/image/nhsc2013-010a )