Автореферат (1090209), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

3.18) и, рассчитанный как стандартное отклонение от среднего значения равен 8,5%.4 ПРИБОРЫ НА ОСНОВЕ АЛМАЗНЫХ ФОТОДЕТЕКТОРОВ4.1 Приборы на основе алмазных материаловПринцип действия фотоприемников на основе алмаза аналогичен приборам, изготовленным из других полупроводниковых материалов, например, германия, кремния, антимонида индия и т.п. В этом параграфе были рассмотрены конструктивные особенностиразработанных отечественными фирмами фотоприемников на основе алмаза и приведены их сравнительные характеристики.4.2 Фотоприёмное устройство УФ диапазона спектра на основе АОФД4.2.1 Изготовление АОФДКонструкция АОФД описана в п.

2.2. Он был изготовлен по технологии, описанной вп.2.3.4.2.2 Изготовление фотоприёмного устройства УФ диапазона спектраКонструктивно фотоприёмное устройство УФдиапазона спектра (ФПУ) представляет собойлегкий металлический корпус с объективом иэлектронным блоком, батарейным контейнером,размеры 280х140х72 мм (рисунок 4.1). Используемый корпус разъемный, с толщиной стенок неболее 2,5 мм, состоит из двух половинок и двухбоковых крышек с уплотнителями, через которыевинтами скрепляется.В боковых крышках размещены светодиодныеиндикаторы работы устройства; «Питание» – указывающий наличие тока в электронной схеме,«Захват» – сигнализирующий о событии наличияРис.4.1 Устройство ФПУсигнала на входе приемника излучения, и выключатель питания, а также разъем RS – 232 для передачи и обработки информации с устройства на мобильный персональный компьютер.20Объектив с юстировочным узлом и электронный блок (ЭБ) на плате, представляет единый узел, который по направляющим одной из половин корпуса монтируется внутрь изакрывается второй половиной корпуса с отверстием под объектив через уплотняющуюпрокладку.Питание электронного блока осуществляется с помощью сменных батарей или аккумуляторов типоразмера ААА, с общим напряжением 6 В, помещенных в контейнер.

Контейнер в свою очередь вставляется в батарейный отсек корпуса, закрывающийся винтовыми заглушками.4.2.3 Основные электрофизические характеристики ФПУ УФ диапазона спектраСпектральный диапазон – 180 – 222 нм, Максимум спектральной чувствительности –210 нм, порог чувствительности – 8,7 Вт/Гц1/2, напряжение шума 0,2±0,03 В.Была произведена оценка уровня УФ сигнала принимаемого ФПУ УФ диапазона оттрассера ракет в зависимости от расстояния до объекта. Было показано, что расстояние,на котором, может быть обнаружен трассер ракеты используемым ФПУ, составляет 90метров.4.3 Прибор наблюдения в УФ диапазоне спектра на основе матричного алмазного многоэлементного фотодетектораРезультаты конструирования прибора наблюдения представлены на рис 4.2.Прибор наблюдения состоит из следующих основных узлов:- модуль оптический (МО);- блок электронный (БЭ);- бленда (БЛ).Рис.

4.2 Прибор наблюденияв рабочем положении.Рис. 4.3 График относительной спектральной чувствительности АМФДВес прибора составляет 1,8 кг ±20%.График относительной спектральной чувствительности изображён на рис. 4.3.Пороговая чувствительность. Составила Фп = 3,6·10-15 Вт/см2.Постоянная времени составила τ < 3 мкс.Динамический диапазон по входному сигналу D = 1,5 104.4.4 Высокоскоростнойчетырёхканальныйдетекторультрафиолетовогоизлучения4.4.1 Состав и структурная схема детектораСтруктурная схема разработанного нами детектора представлена на рис 4.4.Детектор состоит из чувствительного элемента (1), усилительного блока, состоящего изплаты фотоприёмного устройства (ФПУ) и платы усилителей (2) и (3) соответственно, атакже блока питания (4).21Внешний вид детектора изображён на рисунке 4.6.

Чувствительный элемент из алмазаIIа типа представляет собой алмазную пластину с напылёнными контактами (верхнийквадрат рисунка 4.6б).Сверхунапылёнсплошнойполупрозрачный электрод изплатины, а снизу четыре, разделённые междусобой электрода изалюминия,которыеформируют четыре разных канала сбора фотоРис. 4.4 Структурная схемаРис. 4.5 Относительная спек- индуцированных зарядетектора. 1 – чувствительтральная характеристика чув- дов.ный элемент; 2 – плата ФПУ; ствительного элемента детекЧерез четыре нижних3 – плата усилителей; 4 –тора УФ излучения.электрода происходитблок питания.съём полезного сигнала.

Сверху, к полупрозрачному электроду чувствительного элемента, приваривается золотой провод, через который подаётся напряжение смещения +100 В. Кроме чувствительного элемента, на плате ФПУ путём пайки монтируется высокочастотные микросхемы усилителей.Модуль усилителей включает в себя четыре идентичных канала усиления, каждый изкоторых имеет три каскада усиления, собранных на СВЧ интегральных микросхемах.Блок питания (4) на рисунке 4.4, обеспечивает УФ детектор необходимыми питающиминапряжениями (+100 В, +12 В и +5 В).

Входным напряжением для блока питания является постоянное напряжение 27 В с допустимыми колебаниями +7/-4 В. Для подавлениясетевых помех используется входной фильтр.Относительнаяспектральная характеристикачувствительного элементаприведена на рисунке 4.5.Для измерений мы использовали пятую гармонику неодимового лазера.В результате измеренийбыло выяснено, что има)б)пульсы со всех четырёхРис. 4.6 Внешний вид высокоскоростного четырёхканальноканалов УФ детектораго детектора ультрафиолетового излученияимеют практически одинаковую форму и практически нулевую задержку друг относительно друга. Усиление вканалах также было практически одинаковым.Постоянная времени детектора не хуже 1,8 нс.3.5 Использование приборов на основе природных алмазов для созданияустройств экологического мониторингаРазработанное оптоэлектронное устройство экспресс-анализа сточных вод на основеалмазного датчика состоит из следующих составных частей:22 ультрафиолетовый (УФ) излучатель немонохроматического света, состоящий из осветителя с дейтериевой лампой (Д2–лампа), источника питания Д2–лампы и зеркальногоконденсора; проточная кювета с кварцевыми оптическими окнами в местах крепления отражающей дифракционной решетки и алмазных датчиков УФ-излучения; отражающая дифракционная решетка (Д.Р.); два алмазных датчика УФ-излучения (рис.

2.2) с источниками напряжения смещения и предусилителями сигналов (И.П.1, И.П.2); блок ввода–вывода и анализа сигналов с алмазных датчиков.Параллельный пучок ультрафиолетового света от дейтериевой лампы формируется взеркальном конденсоре и под углом 12 градусов через кварцевое окно попадает в проточную кювету. Пучок света проходит через исследуемую среду и попадает на отражающую дифракционную решетку, которая находится за кварцевым окном на противоположном конце кюветы. Дифракционная решетка отражает и разлагает падающий светв спектр с образованием двух лучей первого и минус первого порядка дифракции. Этидва луча света проходят разные оптические пути через исследуемую среду и попадают наалмазные датчики 1 и 2, которые установлены за кварцевым окном. С помощью источников питания И.П.1 и И.П.2 на оба алмазных датчика выставляется одинаковое напряжение смещения.

Далее электрические сигналы с каждого алмазного датчика передаютсяна устройство ввода-вывода для последующего их анализа.В оптоэлектронном устройстве используется разработанный в ПТЦ «УралАлмазИнвест» фотодетектор ФПЯ-1, который является самостоятельным прибором, который имеет алмазный фоточувствительный элемент с электродами, установленный внутри герметичного металлокерамического корпуса таким образом, чтобы рабочая область фоточувствительного элемента находилась напротив входного окна. Корпус унифицирован, чтопозволяет устанавливать его на платах в стандартные гнезда для микросхем.Рис.4.7 Блок-схема ОЭУ экспресс-анализа сточных вод спримесями углеводородов и нефтепродуктовВозможность фотометрических измерений в спектральном диапазоне 190–230 нм позволило создать на основе алмазного детектора экспериментальную спектрофотометрическую установку (рисунок 4.7), которая может обеспечить экспресс диагностику нефтепродуктов в сточных водах с точностью до 0,001 мг/дм3.ВыводыОсновные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующимобразом.231.

Установлены закономерности влияния некоторых электрофизических и фотоэлектрических свойств алмазных материалов, на различные параметры изготовленных из нихприборов, что позволяет целенаправленно подбирать природное алмазное сырьё илиформулировать обоснованные технические требования к синтезируемым искусственнымалмазам, которые будут использованы для изготовления фоточувствительных приборов.2. Разработана технология производства алмазных детекторов, отличающаяся от классической полупроводниковой технологии тем, что на операциях травления, химическойобработки, фотолитографии использовалась специальная технологическая оснасткадержатель – индивидуальная для одной алмазной пластины, а для операции напылениядиэлектрических и металлических покрытий – групповую (до 10 посадочных мест), акремниевая полупроводниковая технология химической обработки была дополнена операцией обработки в кипящем хромпике, что позволило удалять графитизацию возникающую, после высокотемпературных обработок алмазных пластин;3.

Во время разработки конструкции одноэлементных датчиков на основе природногоалмаза IIа типа было установлено, что лучшей конструкцией чувствительного элемента сточки зрения чувствительности и стабильности свойств является «сэндвичевая», когдаалмаз находится между верхним полупрозрачным и нижним электродами, а оптимальным материалом для электродов, по совокупности свойств, является платина с адгезионным подслоем из тантала или титана, для контактных площадок оптимальным же является золото, с титаном или нитридом титана в качестве адгезионного подслоя. Однако в детекторах, применяемых в условиях исключающих агрессивные среды, в качестве контактных площадок можно использовать алюминий, с последующей разваркой кристаллаалюминиевой проволокой;4.

Характеристики

Список файлов диссертации