диплом (1227502), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Исследовалась роль инжекции носителей заряда из электродов (А-образцы монокристаллов ниобата лития поляризовались во внешнем поле с применением блокирующих прокладок из фторопласта). При этом наблюдалось образование гетерозаряда с начальной разностью потенциалов П_Э = 100 В и  = 2,810⁵ с.

Гомозаряд образовывался наоборот, при поляризации кристаллов с использованием накладных электродов, начальное значение П_Э = 330 В и  = с.

Диффузионные токи

В работе [125] зарегистрировано образование разности потенциалов на торцах кристаллической були ниобата лития при приложении постоянного электрического поля (при температуре ). При замыкании торцов проводниками, в цепи течет электрический ток величиной до .

При последующих наблюдениях выявлен тот факт, что данный ток не обьясняется явлениями термо-ЭДС или пироэффектом, а сила тока зависит только от температуры и не зависит от скорости её изменения.

Предполагается, что электрический ток обусловлен градиентом электрохимического потенциала окиси лития в кристалле и пропорционален разности подвижности положительных и отрицательных носителей тока при их диффузии вдоль кристалла в сторону наименьшей концентрации. Так как концентрация лития при росте кристалла увеличивается от затравки к “хвосту” кристалла. Это объясняется тем, что при высокой температуре и атмосферном давлении кислорода кристаллы ниобата лития обладают чисто ионной проводимостью ( носители заряда - ионы лития и кислородные вакансии) [125].

Возникновение разности потенциалов между торцами кристалла может быть связано с разной скоростью испарения из кристаллов различного состава. Из-за улетучивания в кристалле образуется избыточный положительный заряд:

,

.

Электрохимические процессы

Во время эксперимента [126] в кристалле регистрировался ток, направление которого изменялось в зависимости от изменения температуры, кроме этого ток наблюдался и при постоянной температуре (при комнатной температуре). Такой ток не связан с пироэлектрическим эффектом и также наблюдается в кристаллах ниобата лития.

Возможно электрический ток появляется в следствие разности потенциалов в области контакта электрод – кристалл. Так как в пироэлектрике носители заряда разделяются благодаря спонтанной поляризации, то концентрация носителей вблизи разных электродов будет отличаться, тогда как в непироэлектрике контактные разности потенциалов равны и противоположно направлены.

Внешнее ЭДС регистрировалось при прохождении непироэлектрического тока в эксперименте с двумя одинаковыми электродами и твердым анизотропным электролитом между ними.

Наличие в кристаллах электрохимических реакций из-за высокого электрического поля приводило к окраске центров в ходе эксперимента. Предположительно, такие реакции происходили в области контакта металл – сегнетоэлектрик. Это в свою очередь и является источником электрохимической разности потенциалов.

1.4. ФОТОГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Если однородно осветить кристалл, то в нём появляется стационарный ток и кристалл становится источником фото-эдс. Если при этом электроды будут разомкнуты, то на них возникнет фотонапряжение порядка , что больше величины запрещенной зоны E_g на несколько порядков. Фотогальванический эффект в сегнетоэлектрике обычно наблюдается в направлении полярной оси кристалла и отсутствует в парафазе.

При освещении сегнетоэлектрика через него протекает фотогальванический ток , пропорциональный интенсивности света : , где: – константа Гласса, - коэффициент поглощения.

Если электроды кристалла разомкнуты, то через сегнетоэлектрик в направлении Р_s протекает переходной фототок [134]

, (1.22)

где – макроскопическое электрическое поле, образующееся вследствие заряжения емкости кристалла фотогальваническим током ; – соответственно темновая и фотопроводимость.

Аномально большие фотонапряжения обнаружены в LiNbO₃ [127, 133, 142-143], BaTiO₃ [144-145], KNbO₃ [146], SbSJ [147] и других кристаллах.

Природа существования стационарного фототока (без внешнего электрического поля) обычно обьясняется тем, что вероятность миграции фотовозбужденных носителей заряда в разных направлениях (относительно направления спонтанной поляризации) различна. Это связано с локальной асимметрией сегнетоэлектрика. Если носители зарядов перемещаются преимущественно в одном направлении, то это приводит возникновению макроскопического тока и образованию поля объемного заряда.

1.5. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВЫХ ПРИЁМНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ

Приёмники электромагнитного излучения

Приёмники излучения необходимы для получения информации, которая находится в электромагнитном излучении. Такие приёмники применяются в оптических приборах в качестве оптико-электронных преобразователей. Приемники излучения в оптическом диапазоне различаются по степени сложности и по своему рабочему диапазону. Но все такие приёмники объединяет наличие нескольких общих основных элементов [1]. Если принимаемое приёмником излучение воспринимается им без предварительного преобразования частоты сигнала, то такой приёмник называется приёмником прямого детектирования. Существуют, так называемые, гетеродинные приёмники, в которых несущая частота перед детектированием преобразовывается с помощью отдельного генератора. При таком приёме иногда применяется усилитель промежуточной частоты. Одним из примеров гетеродинного приёма является гомодинный прием, при котором частоты несущей и гетеродина совпадают. Существуют приемники прямого детектирования с одновременным гетеродинированием на поднесущей частоте. В ряде гетеродинных приемников детектирование осуществляется непосредственно за гетеродинированием. В других усиление предусмотрено либо до, либо после детектирования [2].

По принципу действия приемники оптического излучения разделяются на квантовые и на тепловые.

Квантовые приёмники применяются в тех системах, где важную роль играет быстродействие. Такие фотоприемники делятся на детекторы с внешним фотоэффектом, фотопроводники (фотосопротивления), фотогальванические детекторы (фотоэлементы, фотодиоды), детекторы с фотоэлектромагнитным эффектом, квантовые усилители и фотопараметрические твердотельные детекторы.

Принцип работы тепловых приёмников основан на изменении свойств чувствительного элемента при изменении температуры при попадании на него лучистого потока любого спектра. Тепловые приёмники делятся на болометры, термоэлементы и пироэлектрические приёмники.

В болометрах при воздействии на них падающего излучения меняется температура полупроводника или металла и соответственно меняется его электрическое сопротивление. Такие приборы уже давно применяются в физических исследованиях и с развитием технологий, работающих в длинноволновой области инфракрасного спектра, набирают всё большую популярность [1].

Болометры могут быть селективными приемниками, если применяются с оптическими фильтрами, их спектральный диапазон чувствительности простирается до 50 мкм.

При изменении температуры болометра на величину относительное изменение его сопротивления:

∆R_б /R_б= β•Т,

где β — температурный коэффициент сопротивления, величина которого зависит от температуры и материала болометра; для большинства металлов β = 1/Т , для полупроводников β ≈ 3000/Т₂.

Болометры изготавливаются из металлов, у которых температурный коэффициент сопротивления порядка 0,5%/°С, и полупроводниковых материалы, температурный коэффициент сопротивления которых доходит до 4,2%/°С. Также есть болометры, в которых чувствительный элемент изготовлен из тонкого слоя, представляющего собой спёкшуюся смесь окислов металлов, размещенную на электрически изолированной подложке. Такие болометры называются термисторными.

Особую группу болометров составляют сверхпроводящие болометры, основанные на резком изменении электрического сопротивления при переходе некоторых металлов и полупроводников от нормального к сверхпроводящему состоянию. Чаще всего в сверхпроводящих болометрах применяют узкую полоску нитрида ниобия, который становится сверхпроводящим при температуре 15 К. В переходном диапазоне, составляющем доли градуса, температурный коэффициент сопротивления достигает 5000%/°С. Но такие болометры очень сложно применить в инфракрасной аппаратуре, устанавливаемой на движущихся объектах, так как необходимо поддерживать температуру в переходном диапазоне.

Болометры включают по мостовой схеме. Для компенсации влияния окружающей температуры на балансировку моста применяют два чувствитель­ных элемента, и при изменении внешних условий параметры обоих элементов изменяются одинаково и равновесие моста сохраняется.

Для изготовления чувствительных слоев металлических болометров используют тонкие пленки золота, никеля, висмута и некоторых других металлов. В полупроводниковых болометрах чувствительные слои изготовляют из окислов марганца, никеля, кобальта, а также из германия, сурьмы и других материалов.

Основными шумами металлических болометров являются тепловые шумы, а полупроводниковых болометров — токовые. Спектральное распределение шума болометра показывает, что на низких частотах преобладают контактные токовые шумы, которые растут при уменьшении частоты модуляции падающего излучения.

Наибольшее отношение сигнал/шум болометр обеспечивает вблизи частоты модуляции около 20 Гц. При частоте модуляции 25 Гц отношение сигнал/шум падает в 1,2 - 1,5 раза.

Чувствительность полупроводниковых болометров приблизительно прямо пропорциональна корню квадратному из площади чувствительной площадки. Таким образом, чем меньше чувствительная площадка, тем больше порог чувствительности болометра, но на практике очень сложно создать оптическую фокусирующую систему малых размеров. Данную трудность обходят иммерсионные болометры, где чувствительный элемент находится в оптическом контакте с линзой, выполненной из материала с большим показателем преломления.

Другим типом тепловых приёмников являются термоэлементы, принцип действия которых основан на эффекте Зеебека. Данный эффект состоит в возникновении ЭДС в цепи из двух разнородных материалов при нагревании их спая, и наблюдается как в металлах, так и в полупроводниках.

Металлические термоэлементы изготовляют из меди, алюминия, никеля, кобальта, цинка, висмута, константана и серебра; в полупроводниковых термоэлементах применяют сурьму, кремний, теллур, селен.

Конструкция термоэлемента представляет собой две проволоки длиной 3 - 4 мм и диаметром около 25 мкм, соединенные на одном конце., который и образует термоэлектрический спай. Свободные спаи обычно термостатируют массивным металлическим телом.

Пироэлектрические приемники излучения являются разновидностью тепловых приемников, действие которых основано на изменении параметров сегнетоэлектрика под действием падающего лучистого потока, т.е. способности сегнетоэлектрических материалов создавать электрические заряды на своей поверхности при механических деформациях [3]. Под действием падающего лучистого потока возникает неравномерный нагрев конденсатора с сегнетоэлектриком, что приводит к деформации последнего и к появлению зарядов на обкладках конденсатора. Пироэлектрический приемник не нуждается в источнике питания. Возникающая разность потенциалов измеряется непосредственно либо после предварительного усиления.

Пороговая чувствительность пироэлектрических приемников не зависит от размеров площади чувствительного элемента, поэтому они могут иметь различные конструктивные формы. Обычно приемник состоит из пироэлектрического материала в форме прямоугольного параллелепипеда, передняя грань которого покрыта золотой чернью, служащей для поглощения излучения, тыльная соприкасается с массивным теплоотводом.

Пироэлектрические приемники являются емкостными элементами, обладающими большим сопротивлением, что создает определенные трудности при согласовании с входным каскадом. Тепловой и радиационный шумы приемников определяют их порог чувствительности.

Характеристики

Список файлов ВКР