CC BY
83
УДК 621.382:530.93:365.2
12 2 3
С.Х. Шамирзаев , Н.Р. Рахимов , Д.Д. Алижанов Ш.С. Отажонов
1 9 ^
ФТИ АН Руз, Ташкент, СГГА, Новосибирск, ФерГУ, Фергана
О ПЕРСПЕКТИВЕ РАЗРАБОТКИ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ АФН-ПРИЕМНИКА
В данной работе рассматривается технология получения АФН-пленок. Предлагается технология изготовления приемника оптического излучения на основе АФН-пленок. Также предлагается разработка оптоэлектронных датчиков для контроля физико-химических параметров веществ и материалов на основе АФН-приемника.
12 2 3
S.Kh. Shamirzayev , N.R. Rakhimov , D.D. Alizhanov , Sh.S. Otazhonov Physical and Technical Institute of the Academy of Science of the Republic of Uzbekistan, Tashkent1, SSGA, Novosibirsk2 FerGU, Fergana3
ABOUT POSSIBILITY OF DEVELOPMENT OF OPTOELECTRONIC SENSORS FOR THE CONTROL OF SUBSTANCES AND MATERIALS PHYSICAL AND CHEMICAL PARAMETERS ON THE BASIS OF АPV-DETECTOR
The technology of APV (abnormal photovoltage) films production is considered. The technology for creating optical detector on the basis of APV-films is offered. The development of optoelectronic sensors for the control of substances and materials physical and chemical parameters on the basis of APV-detector.
Известно [1, 2], что пленки, обладающие аномальным фотонапряжением (АФН), представляют собой функциональный преобразователь, трансформирующий световой поток в аномально большое фотонапряжение. В связи с этим, исследование и изучение влияния внешних воздействий на свойства пленок играют немаловажную роль.
Исследованные АФН-пленки CdTe были получены из порошкообразного CdTe в вакууме по оптимальной технологии при температуре подложки 200 ^ 250 °С и толщине пленок в пределах 0,7 ^ 1,5 мкм.
При освещении обратной стороны АФН-пленки источником света
_л л л
интенсивностью ~ 8-10 Вт/см генерировались АФН до 300 В/см . Это означает, что при отражении света тоже генерируется АФН. Если покрыть обратную сторону стеклянной или кварцевой подложки отражающим покрытием Ag, величина АФН-эффекта должна измениться. Нанесение на противоположную сторону стеклянной подложки отражающего слоя из серебра производится при давлении 10”4 мм рт. ст. и температуре подложки 250 600 °С
для того, чтобы уменьшить окисление отражающего слоя из серебра. Изготовление такой пленки осуществляется в следующей последовательности: на одну сторону стеклянной подложки, расположенной под углом 45° к направлению молекулярного пучка, при температуре 420 ^ 600 °С и давлении 10-5 мм рт. ст. наносят слой из теллурида кадмия толщиной 0,2 мкм, затем на противоположную сторону стеклянной подложки наносят отражающий слой из серебра толщиной 1 мкм термическим испарением при температуре подложки 250 300 °С и давлении 10”4 мм рт ст.
Например, фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия при температуре 400 °С в вакууме 10”4 мм рт. ст. на стеклянную подложку, расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, до толщины пленки 0,2 мкм. Затем на противоположную сторону стеклянной подложки наносят отражающий слой из серебра термическим испарением при температуре подложки 250 °С и вакууме 10”4 мм рт. ст. Толщина пленки должна составлять примерно 1 мкм. Величина аномального фотонапряжения в этом случае будет 215 В при освещенности 104 лк.
Принцип действия любого оптрона основан на преобразовании излучения из электрического сигнала в оптический, с последующим преобразованием оптического излучения в электрический ток или напряжение. Физический смысл оптрона заключаются в том, что фотон используются в качестве носителя информация и обеспечивает очень высокую оптическую изоляцию входа и выхода оптрона. В настоящее время стоит задача создания оптрона на основе АФН - пленок аналогичного по своим свойствам оптронам «излучатель -фотодиод», «излучатель - фотоэлемент» и т. п. Оптрон на основе АФН-пленок характерен тем, что с помощью АФН-пленок усиливаются очень слабые сигналы. Кроме того, в оптроне с прямой оптической связью, действующем на базе АФН-эффекта снимается усиление сигнала приемника оптического излучения (ПОИ). Такой оптрон представляет собой оптоэлектронной трансформатор напряжения, который функционально работает подобно трансформатору с электромагнитной связью.
В данной статье предлагается разработка оптоэлектронного датчика для контроля физико-химических параметров веществ и материалов на основе АФН-эффекта. Для этого нами [3 - 4] разработана технология получения эффективных АФН-пленок на основе CdTe с примесью 1п, Си, А1, и Se. Структура и принцип работы АФН-пленки показаны на рис. 1
Рис.1 Структура АФН-эффекта и его принцип работы
ПОИ можно получить из тонких полупроводниковых материалов в виде клина и с разными спектральными диапазонами. Состав фотоприемников, в которые входят отдельные пленки, их число, виды, состав, а также характеристики подложки, определяют возможности технологического контроля. Процесс изготовления пленок зависит от толщины и количества слоев, выбрав оптимальную технологию изготовления, можно получить фотоприемники, состоящие из многих слоев (МС), и при этом можно изменить структуру проходящих электронов, например, получить (гетеропереход) р-йл.
Для автоматизации и повышения производительности труда, миниатюризации и повышения качества продукции, а также для того, чтобы оградить людей от работы во вредной среде, требуются самые различные дистанционные датчики. Использование в качестве датчика фотоприемников генераторного типа на основе МС позволяет быстро и точно производить измерения и контроль без контакта с объектом при значительных его размерах. Развитие методов измерений (контроля) с использованием оптики сопровождается появлением различных оптоэлектронных приборов. Эти оптоэлектронные приборы в системах неразрушающего контроля выполняют разнообразные функции (работы). Обычные фотоприемники (фотодиод, фоторезистор, фототранзистор и т. д.) в оптронной паре используются для контроля всего одного параметра объекта. Если в качестве фотоприемника применен МС-фотоприемник генераторного типа, тогда измерительная цепь становится универсальной.
Предлагаемые ПОИ на основе АФН-эффекта обладают очень высокой фотопроводимостью. Спектральная область их фоточувствительности охватывает от УФ-диапазона до ИК-области [5].
Такие приборы (с МС-элементами) очень чувствительны к магнитным полям. В МС-элементах наблюдаются аномально-высокие фотомагнитные эффекты. С помощью оптоэлектронных приборов с МС-элементами можно измерять и исследовать топологию магнитных полей и объектов. Для работы обычных фотоприемников в цепи приемника необходим источник электрического питания, в МС-фотоприемниках с АФН-эффектом источник питания не нужен. Такие фотоприемники, при освещении становятся источниками напряжения. Таким образом, ПОИ оптоэлектронного прибора становится автономным фотоприемником со световым питанием. Используя в системах неразрушающего контроля такие приборы, можно измерять механические, геометрические параметры различных объектов, определять состав или структуру материала. МС-фотоприемник реагирует на поляризацию света. Это свойство можно использовать для обнаружения дефектов, оценки шероховатости поверхности и измерения толщины объектов сложной структуры. Кроме того, под воздействием света в МС возникают внутренние поля, что придает МС новые фотоэлектронные свойства.
На основе МС можно разработать матричный фотоприемник без внешнего источника электрического питания, работающего в качестве преобразователя изображения (различных объектов и предметов) в электрический
потенциальный рельеф. В этом случае оптоэлектронный прибор на основе МС работает как устройство контроля внешнего вида продукции.
Оптоэлектронные первичные преобразователи с применением АФН-приёмников в качестве автономного ПОИ открывают широкие возможности в области разработки контрольно-измерительных устройств физико-химических параметров веществ и материалов, что целиком и полностью подтверждается имеющимся к настоящему времени значительным опытом применения АФН-приёмников в этом плане.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Рахимов, Н.Р. АФН-пленки и их применение / Н.Р. Рахимов, А.Н. Серьёзнов. - Новосибирск: СибНИА, 2005. - 64 с.
2. Рахимов, Н.Р. Приемник оптического излучения на основе АФН-пленок / Н.Р. Рахимов, Л.К. Мамадалиева// Изв. вузов. Приборостроение. - 2004. - № 8.
- С. 53-56.
3. Рахимов, Н.Р. Получение отражающих серебряных покрытий ионной бомбардировкой для увеличения АФН-эффекта / Н.Р. Рахимов, С.О. Хатамов // Взаимодействия ионов с поверхностью ВИП - 2001. - М., 2001. - Т. 2. - С. 191
- 194.
4. Пат. 2246779 Российская Федерация МП7 H 01 L 31/09 Координатночувствительный автономный приемник оптического излучения / Рахимов Н.Р., Серьёзнов А.Н.; заявитель и патентообладатель СибНИА - №2003132159; заявл. 21.10.03; опубл. 27.06.05, БИ 2005, №5.
5. N.R. Rahimov, A.A. Dzhurakhalov. Investigation of APV-CdTe-films and development of optoelectronic devices on their basis / The European material research conference EMRS 2002 Spring meeting. - Strasbourg-France, 2002. - P. 242.
© С.Х. Шамирзаев, Н.Р. Рахимов, Д.Д. Алижанов, Ш.С. Отажонов, 2011
