Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников

Разработаны малогабаритные длинноволновые (λ=5–14 мкм) источники ИК-излучения, работающие при комнатной и более высоких температурах. Источники генерируют положительные и отрицательные световые потоки относительно уровня фонового излучения. Конструкция дает возможность работать с охлажденными фотопр...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Дата:2001
Автор: Болгов, С.С.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2001
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70856
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников / С.С. Болгов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 3. — С. 15-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859597630564204544
author Болгов, С.С.
author_facet Болгов, С.С.
citation_txt Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников / С.С. Болгов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 3. — С. 15-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Технология и конструирование в электронной аппаратуре
description Разработаны малогабаритные длинноволновые (λ=5–14 мкм) источники ИК-излучения, работающие при комнатной и более высоких температурах. Источники генерируют положительные и отрицательные световые потоки относительно уровня фонового излучения. Конструкция дает возможность работать с охлажденными фотоприемниками при температуре источника, равной окружающей среде, как с обычными люминесцентными светодиодами. Обсуждается область использования источников. The small-outline (λ=5–14 mm) infrared sources operating at room and higher temperatures have been developed. The sources generate positive and negative light flows relative to level of background radiation. The design allows to operate with cooled light sensors at source temperature that is equal to the ambient temperature as with the ordinary luminescent light-emitting diodes. The fields of application of sources are discussed.
first_indexed 2025-11-27T22:19:15Z
format Article
fulltext Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3 15 ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ Ïðèâîäÿòñÿ êîíñòðóêöèÿ íîâîãî òèïà äëèííîâîëíîâûõ èñòî÷íèêîâ ÈÊ-èçëó- ÷åíèÿ, ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ èõ îñíîâíûõ õàðàêòåðèñòèê è îáëàñòè èñïîëüçîâàíèÿ.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èíòåíñèâíî âåäóòñÿ ðàáîòû ïî ñîçäàíèþ ñâåòîäèîäîâ äëÿ ñðåäíåãî è äàëüíåãî ÈÊ-äèàïàçîíîâ ñïåêòðà, ðàáîòàþùèõ ïðè êîìíàò- íûõ è áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ.  ïîñëåäíèå ãîäû íàìåòèëñÿ ïðîãðåññ â ñîçäàíèè äëèííîâîëíî- âûõ ëþìèíåñöåíòíûõ ñâåòîäèîäîâ íà îñíîâå ãåòå- ðîñòðóêòóð èç óçêîçîííûõ ñîåäèíåíèé À3Â5.  [1� 3] ñîîáùàëîñü, ÷òî óäàëîñü ðàñøèðèòü ñïåêòðàëü- íûé äèàïàçîí ëþìèíåñöåíòíûõ ñâåòîäèîäîâ ïðè êîì- íàòíûõ òåìïåðàòóðàõ äî äëèí âîëí λ ≤6 ìêì. Îäíà- êî âíåøíÿÿ êâàíòîâàÿ ýôôåêòèâíîñòü òàêèõ ñâåòî- äèîäîâ íå ïðåâûøàåò 10�3 % [1], è ïî ìåðå óâåëè÷å- íèÿ äëèíû âîëíû èçëó÷åíèÿ îíà ðåçêî óìåíüøàåò- ñÿ. Íèçêèå çíà÷åíèÿ âûõîäÿùåé ìîùíîñòè èçëó÷å- íèÿ îáúÿñíÿþòñÿ ìàëîé ýôôåêòèâíîñòüþ áàðüåðíûõ ìåòîäîâ ñîçäàíèÿ íåðàâíîâåñíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà â óçêîçîííûõ ñîåäèíåíèÿõ ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòó- ðàõ è íåçíà÷èòåëüíûì êâàíòîâûì âûõîäîì èçëó÷à- òåëüíîé ðåêîìáèíàöèè èç-çà äîìèíèðóþùåé â ýòèõ óñëîâèÿõ áåçûçëó÷àòåëüíîé Îæå-ðåêîìáèíàöèè. Òàêèì îáðàçîì, ñîçäàíèå íåîõëàæäàåìûõ ëþìè- íåñöåíòíûõ ñâåòîäèîäîâ èç óçêîçîííûõ ñîåäèíå- íèé íà äëèíû âîëí áîëåå 6 ìêì èìååò îãðàíè÷åíèå.  òî æå âðåìÿ ñïåêòðàëüíûé äèàïàçîí 8�14 ìêì ÿâëÿåòñÿ âåñüìà àêòóàëüíûì, ïîñêîëüêó ïðèõîäèò- ñÿ íà øèðîêîå îêíî ïðîçðà÷íîñòè àòìîñôåðû. Êðîìå òîãî, äëÿ ýòîé îáëàñòè ñïåêòðà ñóùåñòâóþò âûñîêî- ýôôåêòèâíûå ïðèåìíèêè èçëó÷åíèÿ.  ñâÿçè ñ ýòèì ïðèâëåêàòåëüíîé ÿâëÿåòñÿ ïåðñïåêòèâà ñîçäàíèÿ íåî- õëàæäàåìûõ ìàëîãàáàðèòíûõ ïîëóïðîâîäíèêîâûõ èñ- òî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ, êîòîðûå èìåëè áû ïðåèìóùå- ñòâà èíæåêöèîííûõ ñâåòîäèîäîâ (âíóòðåííÿÿ ìîäó- ëÿöèÿ, ýëåêòðè÷åñêîå óïðàâëåíèå) è ãåíåðèðîâàëè ÈÊ- èçëó÷åíèå â äëèííîâîëíîâîé îáëàñòè ñïåêòðà.  äàííîé ðàáîòå îïèñàíû èñòî÷íèêè ÈÊ-èçëó÷å- íèÿ íîâîãî òèïà, ðàáîòà êîòîðûõ îñíîâàíà íà ìîäó- ëÿöèè òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ çà êðàåì ôóíäàìåíòàëü- íîãî ïîãëîùåíèÿ øèðîêîçîííûõ ïîëóïðîâîäíèêîâ, ïðîèñõîäÿùåé çà ñ÷åò èçìåíåíèÿ èõ ýôôåêòèâíîãî êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ ïðè èçìåíåíèè êîíöåíò- ðàöèè ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé çàðÿäà. Ïðèâîäÿòñÿ êîí- ñòðóêöèÿ, òåõíîëîãèÿ èçãîòîâëåíèÿ è õàðàêòåðèñòè- êè èñòî÷íèêîâ, ðàáîòàþùèõ íà ýôôåêòàõ èíæåêöèè è ýêñêëþçèè. Ôèçè÷åñêîå îáîñíîâàíèå Ïîëóïðîâîäíèê, êàê è ëþáîå òåëî ïðè òåìïåðà- òóðå Ò>0 Ê, èñïóñêàåò òåïëîâîå èçëó÷åíèå (ÒÈ), ñïåêòð êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ çàêîíàìè Ïëàíêà è Êèðõãîôà. Ïðè òåðìîäèíàìè÷åñêîì ðàâíîâåñèè êðè- ñòàëëà ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé ñóùåñòâóåò ðàâåíñòâî ìåæäó ïîãëîùåíèåì è èñïóñêàíèåì ÒÈ.  ñïåêò- ðàëüíîé îáëàñòè ïîãëîùåíèÿ ñâîáîäíûìè íîñèòåëÿ- ìè çàðÿäà êîýôôèöèåíò ïîãëîùåíèÿ çàâèñèò îò êîí- öåíòðàöèè íîñèòåëåé çàðÿäà (n) â ïîëóïðîâîäíèêå. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ïðè èçìåíåíèè êîíöåíòðàöèè íîñè- òåëåé èçìåíÿåòñÿ ïîãëîùàòåëüíàÿ ñïîñîáíîñòü êðè- ñòàëëà è, ñîîòâåòñòâåííî, åãî èçëó÷àòåëüíàÿ ñïîñîá- íîñòü, ò. å. âîçíèêàåò ìîäóëÿöèÿ ÒÈ ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå [4, 5]. Íàáëþäåíèå ìîäóëÿöèè ÒÈ âîçìîæíî, åñëè òåì- ïåðàòóðà ïîëóïðîâîäíèêà îòëè÷àåòñÿ îò òåìïåðàòó- ðû îêðóæàþùåé ñðåäû, ò. ê. â ïðîòèâíîì ñëó÷àå èçìåíåíèå èíòåíñèâíîñòè ÒÈ ïîëóïðîâîäíèêà ïîë- íîñòüþ êîìïåíñèðóåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùèì èçìåíå- íèåì èíòåíñèâíîñòè ïðîøåäøåãî è îòðàæåííîãî ôî- íîâîãî èçëó÷åíèÿ. Îäíàêî ïðè êîíñòðóèðîâàíèè ìà- ëîãàáàðèòíûõ èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ ÷àñòî âîçíè- êàåò ñèòóàöèÿ, êîãäà àêòèâíûé ïîëóïðîâîäíèêîâûé ýëåìåíò íàõîäèòñÿ â òåïëîâîì ðàâíîâåñèè ñ íåïðîç- ðà÷íîé ïîäëîæêîé (êîðïóñîì èñòî÷íèêà). Ïðè òà- êîé êîíñòðóêöèè èñòî÷íèêà òîëüêî íà îäíîé ïîâåð- õíîñòè êðèñòàëëà èìååò ìåñòî ñêà÷îê òåìïåðàòóðû ôîíîâîãî èçëó÷åíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå ìîäóëÿöèÿ ÒÈ ñèñòåìû "ïîëóïðîâîäíèê�ïîäëîæêà" âîçìîæíà ïðè èçìåíåíèè êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ ñèñòåìû. Ïîñ- ëåäíåå ìîæíî îñóùåñòâèòü èçìåíÿÿ ïðîçðà÷íîñòü ïîëóïðîâîäíèêà, ìîäóëèðóÿ êîíöåíòðàöèþ íîñèòå- ëåé çàðÿäà ñ ïîìîùüþ âíåøíèõ âîçäåéñòâèé. Ïîÿñíèì ïðèíöèï äåéñòâèÿ èñòî÷íèêîâ äëÿ íàè- áîëåå ïðîñòîãî ñëó÷àÿ, êîãäà àêòèâíûé ýëåìåíò èìå- åò ôîðìó ïëàñòèíû. Ðàññìîòðèì ñèñòåìó, ñîñòîÿ- ùóþ èç ïîëóïðîâîäíèêà (0≤x≤l) è íåïðîçðà÷íîé ïîä- ëîæêè (õ>l) (ñì. âñòàâêó ê ðèñ. 1).  îáëàñòè õ<0 íàõîäèòñÿ âàêóóì. Èíòåíñèâíîñòü ÒÈ ñ ïîâåðõíîñ- òè õ=0 âî âñå óãëû â ïîëóñôåðå ñ ó÷åòîì ìàëîñòè óãëà ïîëíîãî âíóòðåííåãî îòðàæåíèÿ íà ãðàíèöå ðàçäåëà "ïîëóïðîâîäíèê�âàêóóì" îïðåäåëÿåòñÿ âû- ðàæåíèåì [6] ÄËÈÍÍÎÂÎËÍÎÂÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ ÈÊ-ÈÇËÓ×ÅÍÈß ÍÀ ÎÑÍÎÂÅ ØÈÐÎÊÎÇÎÍÍÛÕ ÏÎËÓÏÐÎÂÎÄÍÈÊΠÀâòîð áëàãîäàðåí Â. Ê. Ìàëþòåíêî è Ã. È. Òåñëåíêî çà îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ ðàáîòû, à òàêæå À. Ê. Ìåëüíèêó çà ïîìîùü ïðè ïðîâåäåíèè ñïåêòðàëüíûõ èçìåðåíèé. Ê. ô.-ì. í. Ñ. Ñ. ÁÎËÃΠÓêðàèíà, ã. Êèåâ, Èí-ò ôèçèêè ïîëóïðîâîäíèêîâ ÍÀÍÓ E-mail: malyut@isp.kiev.ua Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ 30. 01 2001 ã. Îïïîíåíò ä. ô.-ì. í. À. Ì. ÊÀÌÓÇ Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3 16 ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ Ð=(1�R)I(Ò)+R I(Òô), (1) ãäå 2 21 2 2 12 1 1 )1( ϕ ϕ− − += RR RR RR ; (2) ))(exp( 0 ∫α−≡ϕ l dxx ; α=(σn+σp)n; Ïåðâîå ñëàãàåìîå â (1) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé òåï- ëîâîå èçëó÷åíèå ñèñòåìû, îïðåäåëÿåìîå çàêîíîì Êèð- õãîôà, âòîðîå� îòðàæåííîå ôîíîâîå èçëó÷åíèå. Èç (1) ñëåäóåò, ÷òî èçìåíÿÿ R îò 0 äî 1 ìîæíî êàê óâåëè÷èâàòü, òàê è óìåíüøàòü ñóììàðíûé òåïëî- âîé ïîòîê Ð. Îáîçíà÷èì ÷åðåç P0, R0 è ϕ0 âåëè÷èíû Ð, R è ϕ â íà÷àëüíîì ñîñòîÿíèè. Òîãäà â óñëîâèÿõ âîçáóæäå- íèÿ, èçìåíÿþùåãî ïðîçðà÷íîñòü ïîëóïðîâîäíèêà, äëÿ ïðèðàùåíèÿ èíòåíñèâíîñòè ÒÈ ∆P(ϕ) = Ð(ϕ)�Ð(ϕ0) èç (1)�(2) ïîëó÷àåì [ ])()()()( ô0 TITIRRP −−=ϕ∆ , (3) ãäå )1)(1( )()1( 21 2 021 2 22 0 2 12 0 RRRR RR RR ϕ−ϕ− ϕ−ϕ− =− . (4) Èç (4) ñëåäóåò, ÷òî ìîäóëÿöèÿ ÒÈ ñèñòåìû ïó- òåì óïðàâëåíèÿ ïðîçðà÷íîñòüþ ïîëóïðîâîäíèêà âîçìîæíà, åñëè R2≠0, è ìàêñèìàëüíà ïðè R2=1. Òîã- äà ïðè T>Tô èíòåíñèâíîñòü ÒÈ ñèñòåìû óâåëè÷èâà- åòñÿ (∆Ð(ϕ)>0) â ðåæèìå îáîãàùåíèÿ (èíæåêöèÿ) ïîëóïðîâîäíèêà íîñèòåëÿìè òîêà (ϕ<ϕ0). Åñëè æå âíåøíåå âîçáóæäåíèå ïðèâîäèò ê óìåíüøåíèþ (ýê- ñêëþçèÿ) êîíöåíòðàöèè ñâîáîäíûõ íîñèòåëåé òîêà â ïîëóïðîâîäíèêå (ϕ>ϕ0), òî èíòåíñèâíîñòü ÒÈ ñèñ- òåìû óìåíüøàåòñÿ (∆Ð(ϕ)<0). Íà ðèñ. 1 ïîêàçàíû ïðåäåëû èçìåíåíèÿ ýôôåê- òèâíîãî êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ ñèñòåìû ∆R=R0� �R îò ϕ ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ϕ0. Äëÿ èäåàëü- íîãî ñëó÷àÿ, êîãäà R2=1 è R1=0, ∆R ìîæåò âîçðàñ- òàòü â ðåæèìå îáîãàùåíèÿ îò 0 äî 1, åñëè ïîëóïðî- âîäíèê áûë èñõîäíî ïðîçðà÷íûì ïðè ϕ0=1 (êðèâàÿ 1), è èçìåíÿòüñÿ îò 0 äî �1 ïðè ϕ0=0 â ðåæèìå îáåäíåíèÿ (êðèâàÿ 2). Ïðè çíà÷åíèè R1=0,36 (êî- ýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ ãåðìàíèÿ â ñïåêòðàëüíîì äè- àïàçîíå 8�14 ìêì) ïðåäåëû èçìåíåíèÿ ∆R óìåíüøà- þòñÿ (ñì. êðèâûå 1′, 2′). Òàêèì îáðàçîì, äëÿ ýô- ôåêòèâíîé ðàáîòû èçëó÷àòåëÿ íåîáõîäèìî îáåñïå- ÷èòü çåðêàëüíîå îòðàæåíèå èçëó÷åíèÿ íà çàäíåé ãðàíè è ïðîñâåòëåíèå èçëó÷àþùåé ãðàíè. Ñëåäóåò òàêæå îòìåòèòü, ÷òî ïðè ðàáîòå ñ îõëàæ- äàåìûìè ôîòîïðèåìíèêàìè, êîòîðûå ñàìè ÿâëÿþòñÿ èñòî÷íèêàìè õîëîäíîãî ôîíà, ïîëóïðîâîäíèêîâûé èçëó÷àòåëü ìîæåò íàõîäèòüñÿ ïðè òåìïåðàòóðå îê- ðóæàþùåé ñðåäû. Êîíñòðóêöèÿ èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ Íà ðèñ. 2 ñõåìàòè÷åñêè ïðåäñòàâëåíà êîíñòðóê- öèÿ èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ. Àêòèâíûé ýëåìåíò (1) âûïîëíåí â ôîðìå ïðÿìîóãîëüíîé ïðèçìû òîëùè- íîé 5 ìì è äëèíîé ãèïîòåíóçû òðåóãîëüíîé ãðàíè 5 ìì ñî ñïëîøíûìè êîíòàêòàìè íà äâóõ ïðîòèâîïî- ëîæíûõ òðåóãîëüíûõ ãðàíÿõ. Íà äâóõ çàäíèõ âçà- èìíî îðòîãîíàëüíûõ ïëîñêîñòÿõ íàíåñåíà äèýëåêò- ðè÷åñêàÿ ïðîçðà÷íàÿ â ÈÊ-îáëàñòè ñïåêòðà ïëåíêà ZnSe (2), íà êîòîðóþ íàíåñåíî îòðàæàþùåå ïîêðû- òèå èç Al (3). Àêòèâíûé ýëåìåíò íàõîäèòñÿ â òåïëî- âîì êîíòàêòå ñ íàãðåâàòåëÿìè (4), êîòîðûå îáåñïå- ÷èâàþò íåîáõîäèìóþ ðàáî÷óþ òåìïåðàòóðó â äèà- ïàçîíå 20�140°Ñ. Òåìïåðàòóðà àêòèâíîãî ýëåìåíòà êîíòðîëèðóåòñÿ äàò÷èêîì òåìïåðàòóðû (5). Âñå Ðèñ. 1. Ðàñ÷åòíûå çàâèñèìîñòè èçìåíåíèÿ ýôôåêòèâíî- ãî êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâîé ñòðóê- òóðû îò âåëè÷èíû êîýôôèöèåíòà ïðîõîæäåíèÿ ïîëóïðî- âîäíèêà ∆R 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 �0,2 �0,4 �0,6 �0,8 �1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 ϕ 1′ 2′ 1 2 R1 R2 0 l x hν Ðèñ. 2. Êîíñòðóêöèÿ èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ: 1 � àêòèâíûé ýëåìåíò; 2 � äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïëåíêà; 3 � îòðà- æàþùèé ýêðàí; 4 � íàãðåâàòåëè; 5 � òåðìîäàò÷èê; 6 � äèýëåê- òðè÷åñêàÿ òåïëîèçîëèðóþùàÿ ïîäñòàâêà; 7 � êîðïóñ; 8 � ýëåê- òðè÷åñêèå âûâîäû; 9 � îêíî 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ýôôåêòèâíûé êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ îò ïî- âåðõíîñòè õ=0 ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìû ïðè íîðìàëüíîì ïàäåíèè; êîýôôèöèåíòû îòðàæåíèÿ îò ãðàíèö ðàçäåëà õ=0 è x=l; èíòåíñèâíîñòü èçëó÷åíèÿ ÷åðíîãî òåëà; òåìïåðàòóðà ñèñòåìû è ôîíîâîãî èçëó÷åíèÿ â îáëàñòè õ<0; êîýôôèöèåíò ïðîõîæäåíèÿ ïîëóïðîâîäíèêà; êîýôôèöèåíò ïîãëîùåíèÿ èçëó÷åíèÿ ñâîáîä- íûìè íîñèòåëÿìè òîêà; ñå÷åíèÿ ïîãëîùåíèÿ ýëåêòðîíàìè è äûðêàìè. R � R1 è R2 � I� Ò è Tô � ϕ � α � σn, σp � Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3 17 ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ýëåìåíòû êðåïÿòñÿ íà äèýëåêòðè÷åñêîé òåïëîèçîëè- ðóþùåé îñíîâå (6) è ðàñïîëàãàþòñÿ â êîðïóñå (7) ñ ýëåêòðè÷åñêèìè âûâîäàìè (8). Èçëó÷åíèå âûâîäèòñÿ ÷åðåç âåðõíþþ ïðîñâåòëåííóþ ãðàíü ïðèçìû è ïðî- çðà÷íîå îêíî èç ïðîñâåòëåííîãî ZnSe (9). Ïðèçìàòè÷åñêàÿ ôîðìà àêòèâíîãî ýëåìåíòà â ñî- ÷åòàíèè ñ îðòîãîíàëüíûìè çåðêàëüíûìè íèæíèìè ãðàíÿìè îáåñïå÷èâàåò âûâîä èçëó÷åíèÿ ÷åðåç îäíó òîëüêî âåðõíþþ ãðàíü è ñïîñîáñòâóåò ñóæåíèþ äè- àãðàììû íàïðàâëåííîñòè èçëó÷åíèÿ, ò. å. îáåñïå÷è- âàåò ñóùåñòâåííîå óâåëè÷åíèå âíåøíåãî êâàíòîâî- ãî âûõîäà èçëó÷åíèÿ. Àêòèâíûå ýëåìåíòû èçëó÷àòåëåé èçãîòàâëèâàëèñü íà áàçå ìîíîêðèñòàëëè÷åñêîãî ãåðìàíèÿ. Íà îäíîé èç òðåóãîëüíûõ ãðàíåé ôîðìèðîâàëñÿ ð�n-ïåðåõîä, íà ïðîòèâîïîëîæíîé ãðàíè ñîçäàâàëñÿ îìè÷åñêèé êîíòàêò. Êðîìå ñòðóêòóð ñ ð�n-ïåðåõîäîì, êîòîðûå ðàáîòàþò íà ýôôåêòå èíæåêöèè, ñîçäàâàëèñü òàêæå ñòðóêòóðû ñ ð+�ð-ïåðåõîäîì äëÿ ðåàëèçàöèè ýôôåê- òà ýêñêëþçèè. Àêòèâíûå ýëåìåíòû èíæåêöèîííîãî òèïà èçãî- òàâëèâàëèñü èç ãåðìàíèÿ n-òèïà ïðîâîäèìîñòè ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì ïðè êîìíàòíîé òåìïåðà- òóðå â äèàïàçîíå 0,2�3 Îì⋅ñì. Äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ñòðóêòóð ñ àíòèçàïîðíûì ð+�ð-ïåðåõîäîì èñïîëü- çîâàëñÿ ð-Ge ñ óäåëüíûì ñîïðîòèâëåíèåì 45 Îì⋅ñì. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ ð+-êîíòàêòîâ âïëàâëÿëñÿ èíäèé ñ ãàëëèåì (0,5%), äëÿ n+-êîíòàêòîâ � îëîâî ñ ñóðüìîé (1%). Îìè÷åñêèé êîíòàêò ñîçäàâàëñÿ âïëàâëåíèåì ÷èñòîãî îëîâà â àòìîñôåðå âîäîðîäà â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð 450�550°Ñ ñ ïîñëåäóþùèì áûñòðûì îõëàæäåíèåì. Ïàðàìåòðû è õàðàêòåðèñòèêè Äëÿ îïðåäåëåíèÿ îïòèìàëüíûõ ðåæèìîâ ðàáîòû äëèííîâîëíîâûõ èíôðàêðàñíûõ èñòî÷íèêîâ èçëó- ÷åíèÿ ïðîâåäåíî ñðàâíèòåëüíîå èçó÷åíèå õàðàêòå- ðèñòèê èñòî÷íèêîâ, îñíîâàííûõ íà äâóõ ðàçëè÷íûõ ýôôåêòàõ � èíæåêöèè è ýêñêëþçèè. Èçìåðåíèå ïî- ëåâûõ, òåìïåðàòóðíûõ è ïðîñòðàíñòâåííûõ õàðàêòå- ðèñòèê ïðîâîäèëîñü â èìïóëüñíîì ðåæèìå ïèòàíèÿ.  êà÷åñòâå ïðèåìíèêà èçëó÷åíèÿ èñïîëüçîâàëîñü îõ- ëàæäàåìîå æèäêèì àçîòîì ôîòîñîïðîòèâëåíèå èç CdHgTe ñ îêíîì èç ïðîñâåòëåííîãî Ge. Ñïåêòðàëü- íûå çàâèñèìîñòè çàïèñûâàëèñü íà ðåøåòî÷íîì ìî- íîõðîìàòîðå ñ ïèðîýëåêòðè÷åñêèì ôîòîïðèåìíèêîì. Ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ èñòî÷íèêîâ èññëåäîâàëàñü ñ ïîìîùüþ èíòåãðèðóþùåé ñôåðû. Íà ðèñ. 3 ïðåäñòàâëåíû ïîëåâûå çàâèñèìîñòè ìîùíîñòè ìîäóëèðîâàííîãî ÒÈ äëÿ èíæåêöèîííîãî (à) è äëÿ ýêñêëþçèîííîãî (á) èñòî÷íèêîâ.  óñëî- âèÿõ èíæåêöèè ïåðåìåííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ñèãíàëà ÒÈ íà ôîòîïðèåìíèêå èìååò ïîëîæèòåëüíûé çíàê (ñì. îñöèëëîãðàììó íà âñòàâêå ê ðèñ. 3, à, öåíà äåëåíèÿ ïî ãîðèçîíòàëè 0,2 ìñ), à ïðè ýêñêëþçèè � îòðèöàòåëüíûé (âñòàâêà ê ðèñ. 3, á). Ìîùíîñòü ÒÈ ïðè èíæåêöèè äîñòèãàåò 6,4 ìÂò ïðè òåìïåðàòóðå (t) 120°Ñ. Ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå èíæåêöèîí- íûé èñòî÷íèê èçëó÷åíèÿ ïðè ðàáîòå ñ îõëàæäàåìûì ôîòîïðèåìíèêîì òàêæå äàåò äîñòàòî÷íî ìîùíûé ñèã- íàë. Ýòîò ðåçóëüòàò ïîêàçûâàåò, ÷òî òåïëîâûå èñ- òî÷íèêè èçëó÷åíèÿ ìîãóò ðàáîòàòü ïðè òåìïåðàòóðå îêðóæàþùåé ñðåäû êàê îáû÷íûå ëþìèíåñöåíòíûå êîðîòêîâîëíîâûå ñâåòîäèîäû, âûïîëíåííûå èç øè- ðîêîçîííûõ ìàòåðèàëîâ. Áûñòðîäåéñòâèå òåïëîâûõ èñòî÷íèêîâ, òàê æå, êàê è ó ëþìèíåñöåíòíûõ ñâåòîäèîäîâ, îïðåäåëÿåòñÿ, â îñíîâíîì, âðåìåíåì æèçíè íåðàâíîâåñíûõ íîñèòå- ëåé çàðÿäà è â âûáðàííûõ ìàðêàõ Ge íå ïðåâûøàåò 3·10�4 ñ. Íà ðèñ. 4 ïðåäñòàâëåíû çàâèñèìîñòè ìîùíîñòè ìîäóëèðîâàííîãî ÒÈ îò òåìïåðàòóðû èçëó÷àòåëÿ. Âèäíî, ÷òî ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ñèãíàëû ïðè èíæåêöèè ñóùåñòâåííî âûøå, ÷åì ïðè ýêñêëþçèè. Òåì íå ìåíåå ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ýòà ðàçíè- öà óìåíüøàåòñÿ, ïîñêîëüêó èç-çà ðîñòà êîíöåíòðà- öèè íîñèòåëåé ñ òåìïåðàòóðîé âîçðàñòàåò îïòè÷åñ- êàÿ òîëùèíà êðèñòàëëà. Íàñûùåíèå è ñïàä âåëè÷è- íû ìîäóëèðîâàííîãî ñèãíàëà ÒÈ ñ óâåëè÷åíèåì òåì- ïåðàòóðû â îáîèõ ñëó÷àÿõ ñâÿçàíû ñ óìåíüøåíèåì ýôôåêòèâíîñòè p�n- è p+�p-ïåðåõîäîâ ïðè Ò>120°C. Ðàáî÷èé òåìïåðàòóðíûé èíòåðâàë èñòî÷íèêîâ ìîæíî ðàñøèðèòü èñïîëüçóÿ áîëåå øèðîêîçîííûå ïîëóïðî- âîäíèêè, íàïðèìåð Si èëè GaAs, â êîòîðûõ èíæåêöèÿ ýôôåêòèâíà ïðè áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ. Ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè èñòî÷íèêà íà ýô- ôåêòå èíæåêöèè ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 5. Çäåñü æå èçîáðàæåí ñïåêòð èçëó÷åíèÿ èäåàëüíîãî ÷åðíîãî òåëà. Âèäíî, ÷òî â ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå 8�14 ìêì ñïåêòð èçëó÷àòåëÿ ïîäîáåí ñïåêòðó ÷åðíîãî òåëà, îäíàêî ìàêñèìóì ñïåêòðà èìååò íåçíà÷èòåëüíûé ñäâèã â äëèííîâîëíîâóþ ñòîðîíó. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïå- ðàòóðû ìàêñèìóì ñïåêòðà èçëó÷åíèÿ ñìåùàåòñÿ, êàê è ó ÷åðíîãî òåëà, â ñòîðîíó êîðîòêèõ äëèí âîëí. Ñïåêòðû èñòî÷íèêîâ íà ýôôåêòå ýêñêëþçèè ïîäîá- íû ïðèâåäåííûì âûøå è îòëè÷àþòñÿ òîëüêî àìïëè- òóäîé ñèãíàëîâ. Íà ðèñ. 6 ïðèâåäåíà äèàãðàììà íàïðàâëåííîñòè èçëó÷åíèÿ èñòî÷íèêà â äâóõ îðòîãîíàëüíûõ ïëîñ- êîñòÿõ.  îòëè÷èå îò ïëîñêîãî èçëó÷àòåëÿ, èìåþùå- ãî øèðîêóþ äèàãðàììó íàïðàâëåííîñòè ñ ÷åòûðüìÿ ëåïåñòêàìè, ñîîòâåòñòâóþùóþ âûõîäó èçëó÷åíèÿ Ðèñ. 3. Ïîëåâûå çàâèñè- ìîñòè ìîùíîñòè ìîäóëè- ðîâàííîãî ÒÈ äëÿ èíæåê- öèîííîãî (a) è ýêñ- êëþçèîííîãî (á) èñòî÷- íèêîâ: 1 � t =20°C; 2 � 100°C; 3 �120°C; 4 � t =70°C à) á) 6 4 2 0 +20 ì 200 ìêñ 3 2 1 2 4 6 8 U, B 2 14 3 0,0 �0,5 �1,0 �1,5 �2,0 0 20 40 U, B +20 ì 200 ìêñ ∆P , ì  ò ∆P , ì  ò Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2001, ¹ 3 18 ÔÓÍÊÖÈÎÍÀËÜÍÀß ÌÈÊÐÎÝËÅÊÒÐÎÍÈÊÀ ÷åðåç ÷åòûðå íåçàêðûòûå áîêîâûå ãðàíè ïëàñòèíû, ïðèçìàòè÷åñêèé èçëó÷àòåëü ñ îòðàæàþùèìè çàäíè- ìè ãðàíÿìè èìååò îäíîëåïåñòêîâóþ âûòÿíóòóþ äè- àãðàììó, ÷òî ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ìîùíîñòü èçëó÷å- íèÿ â îäíîì íàïðàâëåíèè è ïîâûñèòü ê. ï. ä. óñò- ðîéñòâà. Ê. ï. ä. èíæåêöèîííîãî èñòî÷íèêà èçëó÷å- íèÿ â îïòèìàëüíîì äèàïàçîíå òåìïåðàòóð 80�100°Ñ ñîñòàâëÿåò 3% ïðè íàïðÿæåíèè ïèòàíèÿ 1 Â. Íåñìîòðÿ íà îòíîñèòåëüíóþ íèçêóþ ýôôåêòèâ- íîñòü ýêñêëþçèîííûõ èñòî÷íèêîâ èçëó÷åíèÿ, îíè îêà- çûâàþòñÿ íåçàìåíèìûìè, êîãäà âîçíèêàåò íåîáõî- äèìîñòü ãåíåðàöèè îòðèöàòåëüíûõ ñèãíàëîâ íà óðîâíå ôîíîâîãî èçëó÷åíèÿ. Òàêèå èñòî÷íèêè â ñî÷åòàíèè ñ èíæåêöèîííûìè ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû äëÿ ñî- çäàíèÿ ìàòðè÷íûõ ýêðàíîâ, ñïîñîáíûõ èìèòèðîâàòü ÈÊ-êàðòèíó ïåðåìåííîãî êîíòðàñòà. *** Òàêèì îáðàçîì, ðàçðàáîòàíû ìàëîãàáàðèòíûå äëèí- íîâîëíîâûå èñòî÷íèêè ÈÊ-èçëó÷åíèÿ, ðàáîòàþùèå ïðè êîìíàòíîé è áîëåå âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ. Èñ- òî÷íèêè èçãîòàâëèâàþòñÿ èç øèðîêîçîííûõ ïîëó- ïðîâîäíèêîâ è êîíñòðóêòèâíî ìàëî îòëè÷àþòñÿ îò ñòàíäàðòíûõ êîðîòêîâîëíîâûõ ñâåòîäèîäîâ.  îòëè÷èå îò òðàäèöèîííûõ ñâåòîäèîäîâ, êîòî- ðûå èñïîëüçóþò õîðîøî èçâåñòíóþ ìåæçîííóþ ëþ- ìèíåñöåíöèþ, èñòî÷íèêè íà ýôôåêòå êîíöåíòðàöè- îííîé ìîäóëÿöèè êîýôôèöèåíòà îòðàæåíèÿ ïîëó- ïðîâîäíèêîâ ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ãèáðèä òðàäè- öèîííûõ ñâåòîäèîäîâ è èñòî÷íèêîâ òåïëîâîãî èç- ëó÷åíèÿ òèïà ÷åðíîãî òåëà. Òåìïåðàòóðà, à íå çîí- íàÿ ñòðóêòóðà, ÿâëÿåòñÿ ãëàâíûì ðåãóëèðóþùèì ïà- ðàìåòðîì. Âñëåäñòâèå ýòîãî äàííûå ïðèáîðû ñâî- áîäíû îò âëèÿíèÿ áåçûçëó÷àòåëüíîé Îæå-ðåêîìáè- íàöèè, íå ñêëîííû ê äåãðàäàöèè, äàþò ïîëîæèòåëü- íûé è îòðèöàòåëüíûé êîíòðàñò â ñïåêòðàëüíîì äè- Ðèñ. 4. Òåìïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè ìîùíîñòè ìîäóëè- ðîâàííîãî ÒÈ èñòî÷íèêîâ ïðè èíæåêöèè U=8  (1) è ýêñêëþçèè U=40  (2) àïàçîíå 5�14 ìêì è, â òî æå âðåìÿ, ðàáîòàþò ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ ñî ñêîðîñòüþ, íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ ïðåâûøàþùåé ñêîðîñòü òåïëîâûõ èñòî÷- íèêîâ ñ âíåøíåé ìîäóëÿöèåé èçëó÷åíèÿ. Áûñòðî- äåéñòâèå îïðåäåëÿåòñÿ âðåìåíåì æèçíè íåðàâíîâåñ- íûõ íîñèòåëåé çàðÿäà. Ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ ëèìè- òèðóåòñÿ ìîùíîñòüþ èçëó÷åíèÿ ÷åðíîãî òåëà â ñî- îòâåòñòâóþùåì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå. Äèàãðàì- ìà íàïðàâëåííîñòè èçëó÷åíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ êîíñò- ðóêöèåé àêòèâíîãî ýëåìåíòà. Ê. ï. ä. äîñòèãàåò 3%. Òàêèå èñòî÷íèêè íàéäóò øèðîêîå ïðèìåíåíèå â ìåòðîëîãèè, ãàçîàíàëèçàòîðàõ, òåïëîâèçèîííûõ ñèñ- òåìàõ, ñèñòåìàõ êîíòðîëÿ ïàðàìåòðîâ ìàòåðèàëîâ è áóäóò êà÷åñòâåííî îòëè÷àòüñÿ îò ñâîèõ àíàëîãîâ, ðàáîòàþùèõ ïðè îõëàæäåíèè, âûñîêîé íàäåæíîñòüþ, ìàëûìè ãàáàðèòàìè è ñòîèìîñòüþ. Ïåðñïåêòèâíûìè äëÿ ìíîãèõ îáëàñòåé ÈÊ-òåõíèêè ÿâëÿþòñÿ òàêæå íåîõëàæäàåìûå ëèíåéêè è ìàòðèöû èñòî÷íèêîâ èç- ëó÷åíèÿ, ïîçâîëÿþùèå ìîäåëèðîâàòü ÈÊ-êàðòèíó ïå- ðåìåííîãî êîíòðàñòà â ðàçëè÷íîãî ðîäà èìèòàòîðàõ è ñèñòåìàõ òåñòèðîâàíèÿ. ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ 1. Ashley T., Elliott C. T., Gordon N. T. et al. Uncooled InSb/In1�xAlxSb mid-infrared emitter // Appl. Phys. Lett.� 1994.� Vol. 64, N18.� P. 2433�2435. 2. Tang P. J. P., Pullin M. J., Chung S. J. et al. 4�11 µm infrared emission and 300 K light emitting diodes from arsenic-rich InAs1�xSbx strained layer superlattices // Semicond. Sci. Technol.� 1995.� Vol. 10.� P. 1177�1180. 3. Matveev B. A., Gavrilov G. A., Evstropov V. V. et al. Mid-infrared (3�5 µm) LEDs as sources for gas and liquid sensors // Sensors and Actuators.� 1997.� Vol. B 38�39.� P. 339�343. 4. Óëüìåð Ý. A., Ôðåíêë Ä. Ð. Ýìèññèÿ èíôðàêðàñ- íîãî èçëó÷åíèÿ ñâîáîäíûìè íîñèòåëÿìè çàðÿäà â ãåðìà- íèè // Òð. IX Ìåæäóíàð. êîíô. ïî ôèçèêå ïîëóïðîâîä- íèêîâ.� Ì., 1968, ñ.179�183. 5. Ìàëþòåíêî Â. Ê., Áîòòå Â. À., ßáëîíîâñêèé Å. È. è äð. Òåïëîâîå èçëó÷åíèå íåðàâíîâåñíîé ïîëóïðîâîäíè- êîâîé ïëàçìû // Ôèçèêà è òåõíèêà ïîëóïðîâîäíèêîâ.� 1987.� Ò. 21, âûï. 1.� Ñ. 173�175. 6. Áîëãîâ Ñ. Ñ., Ìàëþòåíêî Â. Ê., Ïèïà Â. È. è äð. Ìîäóëÿöèÿ òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ ïîëóïðîâîäíèêîâ â óñ- ëîâèÿõ íåîäíîðîäíîãî òåìïåðàòóðíîãî ïîëÿ ôîíà // Æóð- íàë ïðèêëàäíîé ñïåêòðîñêîïèè.�1990.� Ò. 52, ¹ 2.� Ñ. 276�279. 2 1 1 0,1 0 40 80 120 Ò, °Ñ ∆ P , ì  ò Ðèñ. 6. Äèàãðàììà íàïðàâëåííîñòè èçëó- ÷åíèÿ: 1 � ïëîñêîñòü èçëó÷å- íèÿ îðòîãîíàëüíà ïëîñ- êîñòè êîíòàêòîâ; 2 � ïëîñêîñòü èçëó÷åíèÿ êîëëèíåàðíà ïëîñêîñòè êîíòàêòîâ Ò=80°Ñ ∆P , î òí . å ä. 0,7 0,5 0,3 0,1 6 8 10 12 14 λ, ìêì 1 2 3 4 5 Ðèñ. 5. Ñïåêòðàëüíûå õàðàêòåðèñòèêè èíæåêöèîííîãî èçëó÷àòåëÿ ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ ïðÿìîãî ñìåùåíèÿ: 1 � ñïåêòð èçëó÷åíèÿ ÷åðíîãî òåëà; 2 � I=1,2 A; 3 � 1,0 À; 4 � 0,7 À; 5 � I=0,5 A 1 2
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70856
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 2225-5818
language Russian
last_indexed 2025-11-27T22:19:15Z
publishDate 2001
publisher Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
record_format dspace
spelling Болгов, С.С.
2014-11-15T14:18:37Z
2014-11-15T14:18:37Z
2001
Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников / С.С. Болгов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2001. — № 3. — С. 15-18. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
2225-5818
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70856
621.315.592
Разработаны малогабаритные длинноволновые (λ=5–14 мкм) источники ИК-излучения, работающие при комнатной и более высоких температурах. Источники генерируют положительные и отрицательные световые потоки относительно уровня фонового излучения. Конструкция дает возможность работать с охлажденными фотоприемниками при температуре источника, равной окружающей среде, как с обычными люминесцентными светодиодами. Обсуждается область использования источников.
The small-outline (λ=5–14 mm) infrared sources operating at room and higher temperatures have been developed. The sources generate positive and negative light flows relative to level of background radiation. The design allows to operate with cooled light sensors at source temperature that is equal to the ambient temperature as with the ordinary luminescent light-emitting diodes. The fields of application of sources are discussed.
Автор благодарен В. К. Малютенко и Г. И. Тесленко за обсуждение результатов работы, а также А. К. Мельнику за помощь при проведении спектральных измерений.
ru
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
Технология и конструирование в электронной аппаратуре
Функциональная микроэлектроника
Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников
The long-wave infrared sources based on wide-bandgep semiconductors
Article
published earlier
spellingShingle Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников
Болгов, С.С.
Функциональная микроэлектроника
title Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников
title_alt The long-wave infrared sources based on wide-bandgep semiconductors
title_full Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников
title_fullStr Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников
title_full_unstemmed Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников
title_short Длинноволновые источники ИК-излучения на основе широкозонных полупроводников
title_sort длинноволновые источники ик-излучения на основе широкозонных полупроводников
topic Функциональная микроэлектроника
topic_facet Функциональная микроэлектроника
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70856
work_keys_str_mv AT bolgovss dlinnovolnovyeistočnikiikizlučeniânaosnoveširokozonnyhpoluprovodnikov
AT bolgovss thelongwaveinfraredsourcesbasedonwidebandgepsemiconductors