Nghiên cứu xây dựng hệ đo các đặc trưng quang dẫn vùng hồng ngoại ở nhiệt độ phòng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC - Đoàn Thị Việt Ánh NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ ĐO CÁC ĐẶC TRƯNG QUANG DẪN VÙNG HỒNG NGOẠI Ở NHIỆT ĐỘ PHÒNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Phạm Văn Thìn Thái Nguyên - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu 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 Đoàn Thị Việt Ánh i 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, cô giáo, cán khoa học, cán phòng ban chức trường Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới tất giúp đỡ quý báu Em xin chân thành cảm ơn thầy cô, tập thể cán Bộ mơn Vật lý, Khoa Hóa - Lý Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân tạo điều kiện cho em suốt thời gian em làm thí nghiệm trường Cuối cùng, xin dành lời cảm ơn đến Ban giám hiệu bạn bè đồng nghiệp Trường THPT Vĩnh Bảo, Hải Phịng, ln động viên, tiếp thêm động lực tạo điều kiện thời gian cho tơi q trình học tập, nghiên cứu thực luận văn HỌC VIÊN Đoàn Thị Việt Ánh ii 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 1.1.2 Phương trình hiệu ứng quang dẫn 1.2 Các thông số đặc tuyến cảm biến quang dẫn 1.2.1 Độ nhạy tích phân 10 1.2.2 Điện áp nhiễu (ồn) 10 1.2.3 Ngưỡng nhạy 13 1.2.4 Thời gian đáp ứng 14 1.2.5 Điện trở 14 1.2.6 Đặc tuyến phổ 15 1.2.7 Đặc tuyến tần số 17 1.2.8 Đặc tuyến lượng 18 1.2.9 Đặc tuyến điện áp 19 1.2.10 Phổ nhiễu 3,5 4,0 log[f(Hz)] Hình 3.14 So sánh độ ồn (nhiễu) số mẫu quang trở 57 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 công thức (1.26) Sự phụ thuộc suất phát mẫu quang trở Mvi1, Mvi2, Mvi3 Mru vào nhiệt độ nguồn hồng ngoại th hin trờn Hỡnh 3.15 Năng suất phát ( 10 W-1Hz1/2cm) 20 Mru Mvi1 Mvi2 Mvi3 18 16 14 12 10 -2 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 NhiƯt ®é (K) Hình 3.15 Sự phụ thuộc suất phát vào nhiệt độ nguồn Dáng điệu đường cong suất phát giống với độ nhạy điện áp 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 suất phát quang trở Mru 1,42.1010 (W-1Hz1/2cm) nhiệt độ 1200 K, sau giá trị suất phát giảm dần tiếp tục tăng nhiệt độ Đối với mẫu quang trở Mvi1, Mvi2, Mvi3, suất phát có giá trị 58 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 Hình 3.16 Các mẫu quang trở nhóm nghiên cứu chế tạo 59 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 xạ kích thích gây hiệu ứng quang dẫn Từ đó, xây dựng sơ đồ đo thông số đặc trưng hiệu ứng quang dẫn hồng ngoại vùng bước sóng ngắn (SWIR) Tìm hiểu thơng số kỹ thuật thiết bị, sử dụng thao tác thành thạo khối thiết bị để ghép nối thành hệ đo thực nghiệm thông số đặc trưng hiệu ứng quang dẫn nhiệt độ phòng Sử dụng hệ đo thiết lập để xác định thông số bản, đặc tuyến đặc trưng mẫu quang trở hồng ngoại PbS nước sản xuất nhóm nghiên cứu chế tạo So sánh có đánh giá thơng số hai nhóm mẫu quang trở 60 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 12, Infrared detectors II, Academic Press New York San Francisco London, 1977 Phùng Hồ, Phan Quốc Phô, Giáo trình Vật lý bán dẫn, NXB Khoa học kỹ thuật, 2001 Rogalski A., Infrared detectors, Second Edition, CRC Press, 2011 Rogalski A, Hystory of infrared detectors, Opto-electronics review, 2012, No.3, pp 279 - 308 John D V., Hodges S E., Vampola J., Stegall M and Pierce G., Fundamentals of Infrared and Visible Detector Operation and Testing, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2016 Lê Sắc, Giáo trình Điện tử tương tự, Học Viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng, Hà Nội, 2008 10 Newport Corporation, Orien blackbody reference source models 67031 user manual, USA, 2008 11 Guenzer C S., “Chopping factors for circular and square apertures”, Applied Optics, 1976, Vol.15, No.1, pp 80-83 12 Nguyễn Tiến Bính, Thiết lập hệ đo nhiễu khảo sát số đặc tính nhiễu tính chất điện linh kiện cảm biến quang nhạy ẩm, Luận án tiến sĩ Vật lý, Đại học Sư phạm Hà Nội, 2002 61 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 Instruments User’s Manual, USA, 2008 18 Hamamatsu photonics, Characteristics and use of infrared detector, Japan, 2004 19 Hamamatsu photonics, PbS photoconductive detetor P2532-01, Japan, 2004 20 Raniero L., Ferreira C.L., Cruz L.R., Pinto A.L., Alves R.M.P., “Photoconductivity activation in PbS thin films grown at room temperature bychemical bath deposition”, Physica B, 2010, 405, pp 1283-1286 62 ... thành hệ đo thực nghiệm thông số đặc trưng hiệu ứng quang dẫn nhiệt độ phòng Sử dụng hệ đo thiết lập để xác định thông số bản, đặc tuyến đặc trưng mẫu quang trở hồng ngoại PbS nước sản xuất nhóm nghiên. .. quang dẫn, 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 xạ... pháp thực nghiệm thực phép đo xạ kích thích gây hiệu ứng quang dẫn Từ đó, xây dựng sơ đồ đo thông số đặc trưng hiệu ứng quang dẫn hồng ngoại vùng bước sóng ngắn (SWIR) Tìm hiểu thơng số kỹ thuật