1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

(Luận văn) nghiên cứu xây dựng hệ đo các đặc trưng quang dẫn vùng hồng ngoại ở nhiệt độ phòng

71 1 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC - Đoàn Thị Việt Ánh lu an n va p ie gh tn to NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ ĐO CÁC ĐẶC TRƯNG QUANG DẪN VÙNG HỒNG NGOẠI Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG Quang học Mã số: 8.44.01.10 d oa nl w Chuyên ngành: nf va an lu z at nh oi lm ul LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC z TS Phạm Văn Thìn m co l gm @ an Lu Thái Nguyên - 2018 n va ac th si LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu tác giả khác Các thơng tin, tài liệu trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc TÁC GIẢ CỦA LUẬN VĂN lu an va n Đoàn Thị Việt Ánh p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th i si LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến thầy giáo TS Phạm Văn Thìn, người nhận em làm đề tài có bảo, hướng dẫn sâu sát suốt trình làm luận văn em Trong trình học tập nghiên cứu Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên, em nhận quan tâm sâu sắc giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo, giáo, cán khoa học, cán phòng ban chức lu trường Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tất giúp đỡ an n va quý báu tn to Em xin chân thành cảm ơn thầy cô, tập thể cán Bộ mơn Vật gh lý, Khoa Hóa - Lý Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân tạo điều kiện cho p ie em suốt thời gian em làm thí nghiệm trường nl w Cuối cùng, xin dành lời cảm ơn đến Ban giám hiệu bạn bè đồng oa nghiệp Trường THPT Vĩnh Bảo, Hải Phịng, ln động viên, tiếp thêm d động lực tạo điều kiện thời gian cho tơi q trình học tập, nghiên an lu cứu thực luận văn nf va z at nh oi lm ul HỌC VIÊN Đoàn Thị Việt Ánh z m co l gm @ an Lu n va ac th ii si MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Hiệu ứng quang dẫn 1.1.1 Các q trình kích thích quang bán dẫn lu 1.1.2 Phương trình hiệu ứng quang dẫn an 1.2 Các thông số đặc tuyến cảm biến quang dẫn va n 1.2.1 Độ nhạy tích phân 10 to 1.2.3 Ngưỡng nhạy 13 ie gh tn 1.2.2 Điện áp nhiễu (ồn) 10 p 1.2.4 Thời gian đáp ứng 14 nl w 1.2.5 Điện trở 14 d oa 1.2.6 Đặc tuyến phổ 15 an lu 1.2.7 Đặc tuyến tần số 17 nf va 1.2.8 Đặc tuyến lượng 18 lm ul 1.2.9 Đặc tuyến điện áp 19 1.2.10 Phổ nhiễu 19 z at nh oi CHƯƠNG THIẾT LẬP HỆ ĐO CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG QUANG DẪN VÙNG HỒNG NGOẠI GẦN 20 z 2.1 Bài toán xạ phép đo 20 @ l gm 2.2 Sơ đồ cấu trúc hệ đo 22 2.2.1 Nguồn cấp Bias 22 co m 2.2.2 Nguồn hồng ngoại 23 an Lu 2.2.3 Bộ điều biến quang 23 ac th iii n va 2.2.4 Bộ khuếch đại lọc tần 24 si 2.2.5 Thiết bị hiển thị 24 2.3 Phân tích chi tiết thiết bị sử dụng hệ đo 25 2.3.1 Khối nguồn cung cấp điện 25 2.3.2 Khối nguồn phát hồng ngoại 25 2.3.3 Bộ điều biến quang 28 2.3.4 Khối cảm biến 30 2.3.5 Khối khuếch đại tín hiệu lọc tần số 31 2.3.6 Khối hiển thị 36 2.3.7 Thiết bị nguồn - máy đo Keithley 2612A 38 lu an 2.4 Một số sơ đồ đo 40 n va 2.4.1 Sơ đồ đo điện trở mẫu quang trở 40 gh tn to 2.4.2 Sơ đồ đo độ nhạy điện áp suất phát 41 2.4.3 Sơ đồ phân tích nhiễu 42 p ie CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 43 w 3.1 Khảo sát hoạt động khối thiết bị 43 oa nl 3.1.1 Hoạt động khối nguồn điện 43 d 3.1.2 Hoạt động nguồn vật đen tuyệt đối 44 lu nf va an 3.1.3 Hoạt động điều biến quang 46 3.1.4 Hoạt động khối khuếch đại 48 lm ul 3.1.5 Hoạt động khối thị 49 z at nh oi 3.2 Khảo sát số đặc trưng quang trở hồng ngoại PbS 50 3.2.1 Khảo sát điện trở quang trở 50 z 3.2.2 Khảo sát đặc tuyến V-A quang trở 52 gm @ 3.2.3 Xác định độ nhạy điện áp quang trở 53 l 3.2.4 Khảo sát phổ nhiễu hệ đo nhiễu quang trở 54 m co 3.2.5 Xác định suất phát quang trở 58 an Lu KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 n va ac th iv si DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các q trình kích thích quang bán dẫn Hình 1.2 Vùng phổ làm việc số vật liệu quang dẫn Hình 2.1 Mơ hình kích thích hiệu ứng quang dẫn hồng ngoại 21 Hình 2.2 Phân bố xạ theo định luật Lambert 21 Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc hệ đo 22 Hình 2.4 Phổ phát xạ vật đen tuyệt đối 23 Hình 2.5 Một số dạng đĩa điều biến 23 lu Hình 2.6 Sơ đồ tổng quát mạch khuếch đại 24 an n va Hình 2.7 Vật đen Newport 67031 25 tn to Hình 2.8 Cấu tạo vật đen tuyệt đối 26 gh Hình 2.9 Bộ điều biến quang SR540 29 p ie Hình 2.10 Khối cảm biến 30 w Hình 2.11 Nguyên lý tiền khuếch đại dải rộng 31 oa nl Hình 2.12 Bộ tiền khuếch đại dải rộng SR560 32 d Hình 2.13 Bộ khuếch đại lock-in SR830 33 lu nf va an Hình 2.14 Máy sóng MDO3012 36 Hình 2.15 Giao diện phần mềm Open Choice Desktop 38 lm ul Hình 2.16 Thiết bị Keithley 2612A 38 z at nh oi Hình 2.17 Giao diện lập trình điều khiển thiết bị Keithley 2612A 39 Hình 2.18 Các thiết bị hệ đo 40 Hình 2.19 Sơ đồ đo điện trở sáng, điện trở tối 40 z gm @ Hình 2.20 Sơ đồ đo độ nhạy điện áp suất phát 41 l Hình 2.21 Sơ đồ phân tích nhiễu 42 m co Hình 3.1 Khảo sát điện áp nguồn cung cấp cho khối cảm biến 44 an Lu Hình 3.2 Thời gian thiết lập nhiệt độ nguồn 46 Hình 3.3 Sự ổn định tần số điều biến theo thời gian 47 n va ac th v si Hình 3.4 Giao diện máy sóng MDO3012 49 Hình 3.5 Điện trở mẫu M1 50 Hình 3.6 Điện trở mẫu M2 51 Hình 3.7 Khảo sát lão hóa điện trở mẫu 51 Hình 3.8 Đặc trưng V-A quang trở 52 Hình 3.9 Điện áp lối khuếch đại 53 Hình 3.10 Sự phụ thuộc độ nhạy điện áp vào nhiệt độ nguồn 54 Hình 3.11 Phổ nhiễu hệ đo 55 Hình 3.12 Phổ nhiễu mẫu M1 56 lu an Hình 3.13 Phổ nhiễu mẫu M2 57 n va Hình 3.14 So sánh độ ồn (nhiễu) số mẫu quang trở 57 tn to Hình 3.15 Sự phụ thuộc suất phát vào nhiệt độ nguồn 58 p ie gh Hình 3.16 Các mẫu quang trở nhóm nghiên cứu chế tạo 59 d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th vi si DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật vật đen 27 Bảng 2.2 Tính nguồn vật đen 28 Bảng 2.3 Tính kỹ thuật điều biến 29 Bảng 2.4 Tính tiền khuếch đại dải rộng SR560 32 Bảng 2.5 Tính khuếch đại Lock-in SR830 34 Bảng 2.6 Thơng số kỹ thuật máy sóng MDO3012 37 Bảng 3.1 Kết kiểm tra độ xác nhiệt độ nguồn 44 lu Bảng 3.2 Độ ổn định nhiệt độ nguồn theo thời gian 45 an n va Bảng 3.3 Kết kiểm tra độ xác tần số điều biến 47 p ie gh tn to Bảng 3.4 Kết kiểm chuẩn độ xác Lock-in SR830 48 d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th vii si DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ Tiếng Anh viết tắt Tiếng Việt BB BlackBody Vật đen IR Infrared Radiation Bức xạ hồng ngoại VIS VISible Ánh sáng nhìn thấy UV UltraViolet Cực tím (tử ngoại) Hồng ngoại bước sóng ngắn MWIR Medium Wavelength Infrared Hồng ngoại bước sóng trung LWIR Long Wavelength Infrared Hồng ngoại bước sóng dài lu SWIR Short Wavelength Infrared an n va RT Nhiệt độ phòng Room Temperature Nhân quang điện PID Proportional Integral Derivative Điều khiển vi tích phân tỷ lệ PLL Phase-Locked Loop Vịng lặp khóa pha p ie gh tn to PMT PhotoMultiplier Tube d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th viii si MỞ ĐẦU Hàng ngày, (bằng mắt) nhận biết giới xung quanh thông qua cửa sổ hẹp phổ sóng điện từ Vùng phổ gọi vùng khả kiến (VIS) có bước sóng trải từ 400 nm (ánh sáng tím) đến 750 nm (ánh sáng đỏ) Bức xạ vùng khác phổ sóng điện từ người khơng trực tiếp cảm nhận mắt, nhiên thông qua hiệu ứng q trình tương tác sóng điện từ lên vật chất ta nhận biết, thực đo đạc, đánh giá cường độ xạ vùng phổ cảm biến chuyển đổi lu cường độ xạ thành đại lượng vật lý đo đạc hiệu điện thế, an n va cường độ dòng điện, điện trở… Các cảm biến quang điện hoạt động vùng tn to phổ rộng, có bước sóng từ 25 nm đến 3000 µm, bước sóng vùng gh cực tím vùng tử ngoại (UV), bước sóng dài màu đỏ vùng hồng p ie ngoại (IR) Trong vùng lại chia thành nhiều vùng con, ví dụ đối w với vùng hồng ngoại: từ 750 nm đến m vùng hồng ngoại gần (SWIR), từ oa nl m đến m vùng hồng ngoại trung (MWIR), từ m đến 15 m vùng d hồng ngoại xa (LWIR)… an lu nf va Thiết bị hồng ngoại có lịch sử phát triển gắn liền với trình phát triển thiết bị quang điện tử quân sự, phục vụ cho trinh sát đêm, dẫn đường, giám lm ul sát, xác định bắt bám mục tiêu Gần đây, thiết bị hồng ngoại phục vụ z at nh oi mục đích dân nghiên cứu phát triển Trong năm cuối kỷ 20, thiết bị hồng ngoại bắt đầu áp dụng thành công z lĩnh vực y tế, công nghiệp, khai khống, tiết kiệm lượng… Một @ gm ví dụ điển hình thiết bị ảnh nhiệt đặt sân bay giúp phát co l hành khách bị nhiễm bệnh từ vùng ổ dịch SARS, cúm, Ebola… qua hạn m chế phát tán, lây lan bệnh dịch Hiện nay, thị phần thiết bị phi an Lu quân chiếm khoảng 10%, dự đoán vài thập niên tới thị phần ac th n va tăng lên 70% số lượng sản phẩm chiếm 40% giá trị lợi nhuận [1] Tuy si trôi tần số đầu điều biến quang bé, đảm bảo khả hoạt động ổn định thời gian thực phép đo 3.1.4 Hoạt động khối khuếch đại Bộ khuếch đại hệ đo tổng quát gồm có hai tầng: tầng tiền khuếch đại khuếch đại Lock-in Tuy nhiên, khuôn khổ luận văn, phép đo không cần sử dụng đến tiền khuếch đại SR560 Với khuếch đại Lockin khóa pha SR830 thực tốt phép đo đặc trưng hiệu ứng quang dẫn mẫu quang trở PbS lu Bộ khuếch đại Lock-in SR830 kiểm tra thiết bị kiểm chuẩn an n va Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng/Bộ Quốc phòng Kết kiểm tra tn to thể Bảng 3.4 cho thấy mức độ sai số ngưỡng cho phép (1%) Giá trị thực tế Sai số thiết lập 100 Hz 100,074 μV 0,074 μV 500 Hz 100,035 μV 0,035 μV 100 μV kHz 100,016 μV 0,016 μV lu TT kHz 100,014 μV 0,014 μV kHz 100,012 μV 0,012 μV 100 Hz 1,002 mV 0,002 mV 500 Hz 1,003 mV 0,003 mV kHz 0,996 mV 0,004 mV kHz 0,997 mV 0,003 mV 10 kHz 11 12 p Tần số (Hz) ie gh Bảng 3.4 Kết kiểm chuẩn độ xác Lock-in SR830 Giá trị thiết lập d oa nl nf va an w mV z at nh oi lm ul 100 Hz 10,004 mV 0,004 mV 500 Hz 9,996 mV 0,004 mV kHz 9,991 mV 14 kHz 9,986 mV 15 kHz 9,988 mV m co 10 mV l 13 @ 0,005 mV gm z 0,995 mV 0,009 mV an Lu 0,014 mV 0,012 mV n va ac th 48 si 16 100 Hz 100,12 mV 0,12 mV 17 500 Hz 100,14 mV 0,14 mV kHz 99,96 mV 0,04 mV 19 kHz 99,95 mV 0,05 mV 20 kHz 99,92 mV 0,08 mV 18 100 mV 3.1.5 Hoạt động khối thị Phần hiển thị hệ đo, thơng tin độ lớn tín hiệu khuếch đại Lock-in, cịn quan sát hình máy sóng MDO3012, hình máy tính kết nối thành cơng với máy sóng lu an Giao diện máy sóng máy tính Hình 3.4 Quá trình điều va n khiển đo, phân tích phổ, ghi tín hiệu thao tác trực tiếp máy tính Màn tn to hình hiển thị máy sóng hình hiển thị máy tính có độ trễ ie gh thời gian bé, người sử dụng quan sát cách trực quan hình ảnh p tín hiệu d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z gm @ m co l Hình 3.4 Giao diện máy sóng MDO3012 an Lu n va ac th 49 si 3.2 Khảo sát số đặc trưng quang trở hồng ngoại PbS 3.2.1 Khảo sát điện trở quang trở Để đánh giá tính chất quang dẫn chất bán dẫn thông tin cần khảo sát điện trở mẫu trạng thái bình thường (khơng bị chiếu sáng - điện trở tối) điện trở mẫu bị chiếu xạ kích thích (điện trở sáng) Bức xạ hồng ngoại chiếu vào mẫu từ cửa sổ có đường kính 1,524 cm nguồn vật đen tuyệt đối 500 K đặt cách mẫu 40 cm Phép đo thực với hai mẫu M1 M2, giá trị điện trở đo thể lu Hình 3.5 Hình 3.6 an va 1200 1200 n Khi cã bøc x¹ hång ngoại p ie gh Điện trở (k) tn to 1150 1100 1100 1050 1050 d oa nl w 1150 20 an lu 1000 40 60 1000 100 80 Thêi gian (gi©y) nf va Hình 3.5 Điện trở mẫu M1 lm ul Điện trở tối quang trở M1 khoảng 1,14 MΩ, điện trở sáng khoảng z at nh oi 1,02 MΩ (Hình 3.5) Độ giảm điện trở mẫu đạt 10,5% Trên Hình 3.6 điện trở tối điện trở sáng mẫu quang trở M2 25,5 kΩ 22,7 z kΩ, độ giảm điện trở 11% điều kiện đo Kết cho thấy có @ gm biến thiên lớn điện trở hai mẫu không chiếu chiếu sáng, co l mẫu M2 có độ giảm điện trở lớn mẫu M1 Trong trình thực phép m đo, nhiệt độ mẫu tăng lên, phần hiệu ứng nhiệt, phần n ac th 50 va giảm dần theo thời gian thực thí nghiệm an Lu dòng Bias từ khối cảm biến, nên điện trở tối quang trở lại có xu hướng si Khi có xạ hồng ngoại Điện trở (k) 26 26 25 25 24 24 23 23 22 20 40 60 22 100 80 Thêi gian (gi©y) lu Hình 3.6 Điện trở mẫu M2 an Sự lão hóa theo thời gian mẫu nội dung quan trọng để đánh giá va n tính ổn định, khả ứng dụng mẫu Thực phép đo điện trở tối tn to mẫu điều kiện nhiệt độ phòng 25 oC thời gian tháng Kết so sánh độ p ie gh giảm tương đối theo thời gian so với giá trị ban đầu thể Hình 3.7 1,0 oa nl w 1,0 0,9 0,9 lu 0,8 0,8 nf va an 0,7 0,7 lm ul 0,6 0,6 z at nh oi §iƯn trë tèi (®vtt) d Mru Mvi1 Mvi2 0,5 0,4 0,4 z 0,3 0,5 @ 10 0,3 11 gm Thêi gian (x 10 ngµy) co l m Hình 3.7 Khảo sát lão hóa điện trở mẫu an Lu Giá trị điện trở mẫu Mru ổn định, không thay đổi theo thời ac th 51 n va gian, kết việc mẫu quang trở vào giai đoạn ổn định si thông số điện trở tối Đối với mẫu quang trở nhóm nghiên cứu chế tạo, thơng số điện trở tối có xu hướng giảm dần, vào vùng ổn định mức giảm 40% giá trị ban đầu Mức giảm tương đương với tài liệu công bố [18,19,20] Thông số điện trở tối tiếp tục theo dõi để đánh giá thời gian ổn định 3.2.2 Khảo sát đặc tuyến V-A quang trở Đặc trưng V-A mẫu quang trở khảo sát chiếu xạ hồng ngoại từ cửa sổ có đường kính 1,524 cm nguồn vật đen tuyệt lu đối 500 K đặt cách mẫu 40 cm Quá trình thực thơng qua lập trình an điều khiển thiết bị Keithley 2612A: Giá trị điện áp khảo sát thay đổi va n dải từ V đến +12 V; bước thay đổi 0,5 V Tại giá trị điện áp, đo giá trị tn to dòng điện, thời gian lấy mẫu 0,1 giây Đặc trưng V-A mẫu nhóm ie gh nghiên cứu chế tạo thể Hình 3.8 Kết cho thấy, dải điện áp p thí nghiệm, dịng quang điện tăng tỷ lệ với điện áp Điều phù hợp với lý d oa nl w thuyết vùng điện áp nhỏ, chưa đạt đến vùng bão hòa dòng quang điện lu 0,6 0,6 0,5 lm ul 0,4 0,4 z at nh oi 0,3 0,2 0,3 0,2 z @ 0,1 0,1 l gm C-ờng độ dòng điện (mA) nf va an 0,5 an Lu n va Hình 3.8 Đặc trưng V-A quang trở ac th 52 0,0 12 10 m Điện áp (V) co 0,0 si 3.2.3 Xác định độ nhạy điện áp quang trở Độ nhạy điện áp hai mẫu quang trở M1, M2 khảo sát nguồn hồng ngoại từ 500 K đến 1300 K Trên Hình 3.9 kết đo điện áp lối mẫu quang trở M1 với cấu hình thí nghiệm sau: Nhiệt độ vật đen 800 K; cửa sổ phát xạ có đường kính 2,54 cm; khoảng cách từ nguồn phát tới mẫu 40 cm; tần số iu bin 800 Hz Không có xạ hồng ngoại 3 lu an n va p ie gh tn to 2 1 0 -1 -1 -2 -2 nl w Điện áp lối khuếch ®¹i (V) Cã bøc x¹ hång ngo¹i -3 oa -3 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 d nf va an lu Thêi gian (s) Hình 3.9 Điện áp lối khuếch đại lm ul Tiến hành thay đổi nhiệt độ nguồn hồng ngoại, giữ nguyên thông z at nh oi số khác Sự phụ thuộc độ nhạy điện áp vào nhiệt độ nguồn hai mẫu quang trở M1, M2 Hình 3.10 Kết cho thấy khác z biệt lớn độ nhạy điện áp hai dòng quang trở, thấy rõ ràng độ gm @ nhạy điện áp quang trở M2 lớn nhiều lần so với quang trở M1 l điều kiện đo Độ nhạy điện áp mẫu M1, M2 tăng dần tăng nhiệt độ m co nguồn hồng ngoại đạt giá trị cực đại nhiệt độ 1200 K, sau giảm dần an Lu tiếp tục tăng nhiệt độ Kết phù hợp với tài liệu công bố số nhà sản xuất [18,19] n va ac th 53 si 180 180 Quang trở M1 Quang trở M2 Độ nhạy điện ¸p Su (kV/W) 160 140 160 140 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 lu NhiƯt ®é cđa vËt ®en tut ®èi (K) an n va Hình 3.10 Sự phụ thuộc độ nhạy điện áp vào nhiệt độ nguồn tn to 3.2.4 Khảo sát phổ nhiễu hệ đo nhiễu quang trở ie gh Tiến hành khảo sát nhiễu hệ đo, độ lớn điện áp so sánh sử dụng p V Phân tích phổ nhiễu hệ đo Hình 3.11 với tỷ số biên độ tín nl w hiệu nhiễu / biên độ tín hiệu so sánh khoảng từ -83 dB đến -57 dB Phổ oa tín hiệu nhiễu cắt khoảng tần số quan tâm từ Hz đến d 1300 Hz Kết cho thấy dải tần số từ Hz đến 1300 Hz, phổ nhiễu an lu nf va hệ đo sinh xuất từ tần số thấp đến tần số cao, giá trị bình phương trung bình nhiễu 50 mV Ở tần số mà nhóm nghiên cứu quan tâm lm ul 200 Hz, 800 Hz 1000 Hz, tín hiệu nhiễu bé khơng xuất đỉnh z at nh oi biên độ tín hiệu nhiễu lớn ảnh hưởng tới phép đo thông số nhiễu quang trở hồng ngoại z m co l gm @ an Lu n va ac th 54 si Tỷ số biên độ (dB) -40 -40 -50 -50 -60 -60 -70 -70 -80 -80 -90 -90 lu -100 -100 an 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100011001200 n va TÇn sè (Hz) to ie gh tn Hình 3.11 Phổ nhiễu hệ đo Tiếp tục tiến hành khảo sát nhiễu mẫu quang trở M1 gắn vào p khối cảm biến chưa chiếu sáng nguồn hồng ngoại nl w Hình 3.12 Giá trị nhiễu bình phương trung bình M1 0,5 V So sánh phân d oa tích phổ nhiễu quang trở M1 phổ nhiễu hệ đo cho thấy nhiễu sinh an lu từ quang trở M1 làm tăng biên độ rõ rệt phổ tín hiệu nhiễu dải tần số nf va quan tâm Có nhiều dải tần số tín hiệu nhiễu có biên độ lớn 50 Hz, 99 Hz, lm ul 248 Hz, 350 Hz, 550 Hz…., biên độ nhiễu xuất lớn tần số 50 Hz giải thích ảnh hưởng điện lưới xoay chiều Điểm ý tần số z at nh oi xuất nhiễu với biên độ lớn không xuất phép phân tích nhiễu hệ đo z m co l gm @ an Lu n va ac th 55 si Tỷ số biên độ tín hiệu (dB) 20 20 0 -20 -20 -40 -40 -60 -60 -80 -80 lu an -100 -100 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 va n TÇn sè (Hz) tn to Đối với quang trở M2, hệ quang trở cải tiến dòng quang trở p ie gh Hình 3.12 Phổ nhiễu mẫu M1 w M1 Kết khảo sát nhiễu quang trở M2 gắn vào khối thiết bị chưa có oa nl tín hiệu hồng ngoại Hình 3.13 Giá trị nhiễu bình phương trung d bình M2 0,3 V nhỏ đáng kể so với nhiễu quang trở M1 hệ lu nf va an thiết bị đo So sánh phân tích phổ nhiễu quang trở M2 phổ nhiễu hệ đo nhiễu mẫu quang trở M1 cho thấy quang trở M2 làm tăng biên lm ul độ rõ rệt phổ tín hiệu nhiễu dải tần số quan tâm nhiên xuất z at nh oi tín hiệu nhiễu với biên độ cực đại tần số 50 Hz, tương tự tần số xuất nhiễu với biên độ cực đại mẫu quang trở M1 Tuy nhiên điểm khác z biệt rõ nét dải tần số khác biên độ tín hiệu nhiễu quang trở M2 @ gm nhỏ Sự khác biệt phổ độ lớn tín hiệu nhiễu cho thấy bước tiến lớn m co l công nghệ chế tạo hai quang trở việc giảm ảnh hưởng nhiễu an Lu n va ac th 56 si Tỷ số biên độ tÝn hiÖu(dB) 0 -20 -20 -40 -40 -60 -60 lu an -80 -80 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 va TÇn sè (Hz) n tn to Hình 3.13 Phổ nhiễu mẫu M2 p ie gh Trên Hình 3.14 trình bày độ ồn (nhiễu) số mẫu quang trở PbS -7 lu lm ul -10 -11 z at nh oi log[Un(V)^2] nf va -9 Mru Mvi1 Mvi2 Mvi3 an -8 d oa nl w do nhóm nghiên cứu chế tạo quang trở nước sản xuất -12 z -13 @ 1,5 2,0 2,5 3,5 4,0 m log[f(Hz)] 3,0 co 1,0 l -15 0,5 gm -14 an Lu Hình 3.14 So sánh độ ồn (nhiễu) số mẫu quang trở n va ac th 57 si Trên hình này, ta thấy độ ồn (nhiễu) mẫu quang trở sản xuất thử nghiệm (các mẫu Mvi1, Mvi2, Mvi3) cao chút so với quang trở nước sản xuất (mẫu Mru), có mẫu mà mức chênh ồn khơng nhiều 3.2.5 Xác định suất phát quang trở Năng suất phát quang trở tính tốn theo cơng thức (1.26) Sự phụ thuộc suất phát mẫu quang trở Mvi1, Mvi2, Mvi3 Mru vào nhiệt độ nguồn hồng ngoại thể Hình 3.15 lu an p ie gh tn to Mru Mvi1 Mvi2 Mvi3 18 16 14 12 10 nl w Năng suất phát hiÖn ( 10 W-1Hz1/2cm) n va 20 d oa 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 NhiƯt ®é (K) z at nh oi lm ul 500 nf va -2 400 an lu Hình 3.15 Sự phụ thuộc suất phát vào nhiệt độ nguồn z Dáng điệu đường cong suất phát giống với độ nhạy điện áp @ gm quang trở Năng suất phát quang trở Mru đạt giá trị 4.108 (WHz1/2cm) 500 K tăng dần đạt giá trị 6,37.109 (W-1Hz1/2cm) 900 K, cực đại co l m suất phát quang trở Mru 1,42.1010 (W-1Hz1/2cm) nhiệt an Lu độ 1200 K, sau giá trị suất phát giảm dần tiếp tục tăng nhiệt ac th 58 n va độ Đối với mẫu quang trở Mvi1, Mvi2, Mvi3, suất phát có giá trị si tương đương, có mẫu cịn có suất phát lớn mẫu Mru, ý độ ồn mẫu Mru nhỏ số mẫu thí nghiệm điều chứng tỏ độ nhạy mẫu thực nghiệm nhóm nghiên cứu có độ nhạy tốt để bù lại độ ồn Như vậy, công nghệ chế tạo mẫu tạo màng mỏng bán dẫn có độ nhạy tốt giai đoạn chế tạo sau chưa xử lý tốt việc khử ồn linh kiện lu an n va p ie gh tn to oa nl w d Hình 3.16 Các mẫu quang trở nhóm nghiên cứu chế tạo nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th 59 si KẾT LUẬN Từ kết thu được, đưa kết luận sau: Tìm hiểu nội dung tổng quan hiệu ứng quang dẫn, q trình kích thích quang học xảy bán dẫn, phương trình hiệu ứng quang dẫn Các thông số đặc trưng đặc tuyến hiệu ứng quang dẫn Tìm hiểu đặc điểm, phương pháp thực nghiệm thực phép đo lu xạ kích thích gây hiệu ứng quang dẫn Từ đó, xây dựng sơ an va đồ đo thông số đặc trưng hiệu ứng quang dẫn hồng ngoại vùng n bước sóng ngắn (SWIR) to gh tn Tìm hiểu thơng số kỹ thuật thiết bị, sử dụng thao tác p ie thành thạo khối thiết bị để ghép nối thành hệ đo thực nghiệm thông số đặc trưng hiệu ứng quang dẫn nhiệt độ phòng oa nl w Sử dụng hệ đo thiết lập để xác định thông số bản, đặc d tuyến đặc trưng mẫu quang trở hồng ngoại PbS nước an lu sản xuất nhóm nghiên cứu chế tạo So sánh có đánh nf va giá thơng số hai nhóm mẫu quang trở z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th 60 si TÀI LIỆU THAM KHẢO Rogalski A and Chrzanowski K., Infrared devices and techniques, Optoelectronics review, 2002, Vol.10, No 2, pp 111-136 Hồng Minh Cơng, Giáo trình cảm biến cơng nghiệp, NXB Xây dựng Hà Nội, 2011 Tạ Đình Cảnh, Thực tập vật lý chất rắn, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2003 Willardson R K., Beer A C., Semiconductors and Semimetals, Vol lu an 12, Infrared detectors II, Academic Press New York San Francisco va London, 1977 n tn to Phùng Hồ, Phan Quốc Phô, Giáo trình Vật lý bán dẫn, NXB Khoa Rogalski A., Infrared detectors, Second Edition, CRC Press, 2011 p ie gh học kỹ thuật, 2001 nl w Rogalski A, Hystory of infrared detectors, Opto-electronics review, d oa 2012, No.3, pp 279 - 308 an lu John D V., Hodges S E., Vampola J., Stegall M and Pierce G., Fundamentals of Infrared and Visible Detector Operation and Testing, nf va John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2016 lm ul Lê Sắc, Giáo trình Điện tử tương tự, Học Viện Cơng nghệ Bưu z at nh oi Viễn thông, Hà Nội, 2008 10 Newport Corporation, Orien blackbody reference source models z 67031 user manual, USA, 2008 @ gm 11 Guenzer C S., “Chopping factors for circular and square apertures”, l Applied Optics, 1976, Vol.15, No.1, pp 80-83 m co 12 Nguyễn Tiến Bính, Thiết lập hệ đo nhiễu khảo sát số đặc tính an Lu nhiễu tính chất điện linh kiện cảm biến quang nhạy ẩm, Luận án tiến sĩ Vật lý, Đại học Sư phạm Hà Nội, 2002 n va ac th 61 si 13 Scitec Instruments, Optical Chopper Model SR540 manual, Bradford on Avon, BA15 1JY - UK, 2008 14 Stanford Research Systems, Model SR560 Low- Noise preamplifier User manual, USA, 2013 15 Stanford Research Systems, Model SR830 DSP lock-In Amplifier User manual, USA, 2013 16 Tektronix, MDO3000 Series Mixed Domain Oscilloscopes User Manual, USA, 2003 17 Keithley Instruments, Series 2600A System SourceMeter lu an Instruments User’s Manual, USA, 2008 n va 18 Hamamatsu photonics, Characteristics and use of infrared detector, tn to Japan, 2004 20 Raniero L., Ferreira C.L., Cruz L.R., Pinto A.L., Alves R.M.P., p ie gh 19 Hamamatsu photonics, PbS photoconductive detetor P2532-01, Japan, 2004 w “Photoconductivity activation in PbS thin films grown at room oa nl temperature bychemical bath deposition”, Physica B, 2010, 405, pp d 1283-1286 nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th 62 si

Ngày đăng: 21/07/2023, 09:21

Xem thêm: