CC BY
32
УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 621.383.4
О МЕТОДИКЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ФОТОПРИЁМНИКОВ ПРИ ПОНИЖЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ
-ш
V, А
В.В.Гаврушко, А.Н.Григорьев*, А.А.Сапожников
ON THE METHODS OF STUDYING PHOTODETECTOR SENSITIVITY AT LOWER TEMPERATURES
V.V.Gavrushko, A.N.Grigor'ev*, A.A.Sapozhnikov
Институт электронных и информационных систем НовГУ, [email protected]
* ОАО «АРГАЛ», Великий Новгород
Описана методика определения оптических характеристик фотоприемников при пониженных температурах. Для исключения конденсации паров воды в области низких температур был использован эффект вытеснения влажного воздуха парами сухого азота. Отсутствие оптических окон обеспечивало высокую точность измерения абсолютного значения чувствительности фотоприемника.
Ключевые слова: фотоприемник, оптические характеристики, низкие температуры, криостат
This paper describes a method for determining optical characteristics of photodetectors at lower temperatures. In order to avoid condensation of water vapor in the area of low temperatures, we used displacing moist air by dry nitrogen vapors. The lack of optical windows provided high accuracy measurement of absolute value of the photodetector sensitivity. Keywords: photodetector, optical characteristics, low temperatures, cryostat
При лабораторных исследованиях оптических характеристик фотоприемников и фоточувствительных структур в области температур ниже комнатных возникает проблема, связанная с возможностью конденсации паров воды на входном окне или на поверхности фоточувствительной структуры. Наличие конденсата приводит к появлению дополнительного поглощения и к погрешностям измерений.
Обычно для уменьшения охлаждения окна используют вакуумный оптический криостат. Необходимость помещения образца в высокий вакуум усложняет экспериментальную установку и значительно увеличивает время измерений. Для ускорения измерений можно использовать криостат с двойными оптическими окнами. Однако при этом в оптической схеме появляется дополнительное окно со своими оптическими характеристиками. Если речь идет об абсолютных измерениях интегральной фоточувствительности, то наличие двух окон может вносить существенную поправку за счет как многократного отражения, так и поглощения излучения окнами. Например, при использовании непросветленных кремниевых окон коэффициент отражения от каждой поверхности достигает 30% [1].
В настоящей работе предлагается методика исследования оптических характеристик, позволяющая избежать указанных проблем. Для измерений исполь-
зовался специально разработанный оптический крио-стат [2]. С целью предотвращения конденсации паров воды в области низких температур был использован эффект вытеснения влажного воздуха окружающей среды холодным азотом, испаряемым из жидкой фазы. Схема оптического криостата показана на рисунке. Основной частью криостата являлся корпус 4, выполненный в виде стакана из теплоизолирующего материала (пенопласта). В дне корпуса выполнен ряд отверстий 6 вблизи образующей поверхности внутренней стенки. Внутри стакана размещался собственно термостатирующий объем 3, выполненный из материала с высокой теплопроводностью (меди или алюминия). Исследуемый фотоприемник размещался внутри этого объема. Нижняя наружная часть корпуса имела такие размеры, чтобы он мог плотно устанавливаться в горловую часть сосуда Дьюара 5. Сосуд Дьюара частично заполнялся жидким азотом 8. Испарение азота приводило к созданию «запирающего» слоя сухого азота во внутренней полости корпуса.
Для определения абсолютной чувствительности использовался имитатор абсолютно черного тела (АЧТ) с заданной температурой. Возможно использование двух вариантов расположения АЧТ. Наилучшим следует считать вертикальное расположение, не требующее дополнительных оптических элементов. Если конструкция АЧТ не позволяла этого сделать, то в оптическую схему вводилось отклоняющее зеркало
2, с внешним зеркальным покрытием. Расположение зеркала по высоте и конструкция его держателя выбраны таким образом, чтобы предотвратить конденсацию влаги из воздуха.
Рис.1. Оптический криостат: 1 — АЧТ; 2 — поворотное зеркало; 3 — термостат, 4 — корпус; 5 — сосуд Дьюара; 6 —отверстия для паров азота, 7 — подставка; 8 — жидкий азот
Возможность перемещения корпуса 4 по высоте позволяла изменять температуру криостата и осуществлять исследования температурной зависимости фоточувствительности. Для этого в криостате располагался малогабаритный датчик температуры, напри-
мер на основе прямосмещённого р-п перехода [3]. Если использовать германиевый диод, то можно было контролировать пониженную температуру криостата вплоть до азотной.
Таким образом, предлагаемая методика, благодаря отсутствию дополнительных оптических элементов, позволяет производить оперативные исследования абсолютной чувствительности фотоприемников и фотоприемных структур с высокой точностью.
1. Физические величины. Справочник. М.: Энергоатомиз-дат, 1991. 1232 с.
2. Патент РФ на изобретение №2486480 от 27.06.13. Оптический криостат / А.Н.Григорьев, А. А. Сапожников.
3. Гаврушко В.В., Григорьев А.Н., Сапожников А.А. О методике измерения дифференциального сопротивления фотодиодов на основе соединения InGaAsSb в широком интервале температур // Вестник НовГУ. Сер.: Техн. науки. 2013. №75. Т.1. С.101-103.
References
1. Fizicheskie velichiny. Spravochnik [Physical quantities. Handbook]. Moscow, "Energoatomizdat" Publ., 1991. 1232 p.
2. Grigor'ev A.N., Sapozhnikov A.A. Opticheskii kriostat [Optical cryostat]. Patent RF, no. 2486480, 2013.
3. Gavrushko V.V., Grigor'ev A.N. Sapozhnikov A.A. O meto-dike izmereniia differentsial'nogo soprotivleniia fotodiodov na osnove soedineniia InGaAsSb v shirokom intervale temperature [A method for determining the differential resistance of photodiodes on the basis of InGaAsSb in a wide range of temperatures]. Vestnik NovGU. Ser. Tekhnicheskie nauki -Vestnik NovSU. Issue: Engineering Sciences, 2013, no. 75, vol. 1, pp. 101-103.
