Wyniki 1-10 spośród 18 dla zapytania: authorDesc:"WALDEMAR GAWRON"

Wysokoczułe moduły detekcyjne do wykrywania biomarkerów z zastosowaniem metod optycznych DOI:10.15199/13.2016.9.13


  W artykule omówiono moduł detekcyjny do optoelektronicznego systemu sensorów biomarkerów zawartych w wydychanym powietrzu. Zastosowany on został do detekcji promieniowania transmitowanego przez wnękę optyczną w czujniku CEAS (ang. Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy), służącym do pomiaru stężenia tlenku azotu o stężeniu rzędu ppb. NO jest markerem astmy oraz przewlekłego zapalenia dróg oddechowych. Do konstrukcji opracowanego modułu detekcyjnego zastosowano detektor o dużej wykrywalności i szybkości działania oraz szerokopasmowy i niskoszumowy przedwzmacniacz. Dodatkowo został on wyposażony w obiektyw zapewniający dużą transmisję promieniowania. Słowa kluczowe: sensory optoelektroniczne, detektory podczerwieni, biomarkery.W VIGO System S.A. od wielu lat są prowadzone prace badawcze nad rozwojem modułów detekcyjnych przeznaczonych dla optoelektronicznych systemów detekcji śladowych ilości gazów. Optoelektroniczne systemy detekcji śladowych ilości gazów w tym biomarkerów o najwyższej czułości (ppb i ppt) wymagają użycia modułów detekcyjnych wykrywających promieniowanie podczerwone o długościach fal odpowiadających pasmom absorpcji wykrywanych substancji, charakteryzujących się wysoką wykrywalnością, zbliżoną do fundamentalnych granic określonych szumem fotonów, nanosekundową szybkością działania, niezawodną i wygodną pracą. Prezentowany w pracy moduł detekcyjny jest odpowiedzią na te wymagania i dedykowany jest do czujnika CEAS [1-4] wykrywającego tlenek azotu w systemie sensorów wybranych biomarkerów zawartych w wydychanym powietrzu [5-7]. Do najważniejszych wymagań stawianym detektorom, stosowanym w sensorach w tym pracujących w układach CEAS, należy zaliczyć: ● wysoką wykrywalność. Jest ona niezbędna dla osiągnięcia dużej czułości sensora, przy ekstremalnie małych mocach promieniowania laserowego jakie pojawia się na wyjściu wnęki. W praktyce oznacza to konieczność osiągnięcia wykrywalności bliskiej fundamentaln[...]

Detektory podczerwieni na bazie supersieci II rodzaju ze związków InAs/GaInSb

Czytaj za darmo! »

Obecnie wiodącą pozycję wśród materiałów do konstrukcji detektorów promieniowania podczerwonego zajmuje tellurek kadmowo rtęciowy. Jest on unikalnym materiałem, którego właściwości umożliwiają konstrukcję detektorów optymalizowanych dla dowolnej długości fali w zakresie bliskiej, średniej i dalekiej podczerwieni [1-5 i inne prace tam przytoczone]. Wynika to między innymi z wielu zalet tego materiału, najważniejsze z nich to: - przestrajalność przerwy zabronionej w szerokim zakresie, - znikoma zależność stałej sieciowej od składu x, co umożliwia otrzymywanie heterostruktur o złożonej architekturze, - wysoki współczynnik absorpcji promieniowania, - duża ruchliwość nośników, - stosunkowo niska generacja termiczna nośników, - niska wartość stałej dielektrycznej, co zapewnia dużą [...]

Detektory podczerwieni na bazie supersieci II rodzaju ze związków InAs/GaInSb


  Detekcja promieniowania w podczerwieni ma istotne znaczenie praktyczne. Podstawowymi przykładami zastosowań są: telekomunikacja optyczna w otwartej przestrzeni, spektroskopia w podczerwieni, analiza cieczy, ciał stałych i gazów, pirometria, skanery termiczne, bezkontaktowe pomiary wilgotności, techniki wojskowe oraz wiele innych. Są to zastosowania bardzo różnorodne, wymagające użycia specyficznych przyrządów o różnorodnej konstrukcji. Jednym z typów detektorów obecnie szeroko stosowanych są bolometry termiczne. Podstawową ich wadą jest mała szybkość reakcji, co wynika z ich zasady działania. Natomiast parametry istniejących detektorów fotonowych, charakteryzujących się gigahercową szerokością pasma, są ograniczone przez szereg zjawisk natury chemicznej i fizycznej. Istniejące detektory fotonowe mogą być podzielone na dwie grupy w zależności od typu przejść optycznych: międzypasmowe i wewnątrzpasmowe. Rekombinacja Auger w przypadku detektorów międzypasmowych (głównie wykonanych ze związków HgCdTe) i duża szybkość termicznej generacji w detektorach wewnątrzpasmowych QWIP (Quantum Well Infrered Photodetector) ograniczają parametry przyrządów fotonowych. Alternatywnym rozwiązaniem są detektory wykorzystujące supersieci (superlattice SL) II rodzaju InAs/GaInSb. Ten system materiałowy ma wiele właściwości, podobnych do tych jakie obserwuje się w HgCdTe. Współczynniki absorpcji w obu materiałach są podobne. Tak więc grubości warstw i wydajności kwantowe detektorów z obu tych materiałów są podobne. Przyrządy wykonane z obu systemów materiałowych wykorzystują przejścia międzypasmowe i szerokość przerwy energetycznej może być tak dobrana aby graniczna długość fali dla detektorów zmieniała się od ok. 3 do ≥25 μm [1, 2]. Nowoczesne fotodetektory podczerwieni Obecnie na bazie supersieci z InAs/GaInSb na świecie konstruowane są fotodiody o osiągach porównywalnych z uzyskiwanymi dla fotodiod z HgCdTe [3-11]. Typowe fotodiody [...]

Detektory średniej podczerwieni (MIR) na bazie supersieci II rodzaju ze związków InAs/GaInSb


  Tellurek kadmowo-rtęciowy, Hg1-xCdxTe (HgCdTe), ze względu na unikalne właściwości, nadal zajmuje wiodącą pozycję wśród materiałów do konstrukcji detektorów promieniowania podczerwonego, szczególnie pracujących bez chłodzenia kriogenicznego [1-6]. Niestety jest on materiałem bardzo trudnym technologicznie. Jednym z największych problemów technologii HgCdTe jest niska stabilność właściwości tego materiału. Wynika ona z niskiej energii wiązania Hg-Te, co w szczególności skutkuje łatwym odparowaniem Hg i HgTe z roztworu oraz tworzeniem luk w podsieci metalu. Wynikająca z tego niestabilność sieciowa i powierzchniowa związku powoduje przyśpieszoną degradację detektorów podczerwieni konstruowanych z HgCdTe. Problem ten ujawnia się szczególnie w wąskoprzerwowym HgCdTe. Ponadto okazuje się, że małe fluktuacje składu Hg1-xCdxTe powodują duże fluktuacje w długofalowej granicy czułości, co w konsekwencji powoduje duże trudności w uzyskiwaniu jednorodnych macierzy detektorów, szczególnie w długofalowym zakresie widma podczerwieni 12…16 μm. Niejednorodności składu są natomiast przyczyną niskiej rozdzielczości temperaturowej macierzy. Najbardziej perspektywicznym nowym materiałem do konstrukcji detektorów podczerwieni są supersieci z naprężeniami SLSs (ang. Strained Layer Superlattices) układu InAs/Ga1-xInxSb (InAs/GaInSb). Już w 1987 r. wskazali na to Smith i Mailhiot [7]. Te związki półprzewodnikowe, ze względu na większy udział wiązania kowalencyjnego, charakteryzują się większą trwałością wiązań w porównaniu z HgCdTe. Poza tym supersieci II rodzaju InAs/Ga- InSb mają szereg właściwości, podobnych do tych, jakie obserwuje się w HgCdTe [8-10]. Współczynniki absorpcji w obu materiałach są podobne, więc wydajności kwantowe detektorów z obu tych materiałów również są podobne. Szerokość przerwy energetycznej w obu materiałach można zmieniać w szerokim zakresie. Supersieci II rodzaju InAs/GaInSb mogą być także stosowane do konstru[...]

Zjawiska fotoelektryczne w złożonych heterostruturach HgCdTe stosowanych w konstrukcjach niechłodzonych detektorów podczerwieni


  Podstawową cechą nowej generacji fotodetektorów promieniowania podczerwonego jest efektywna praca detektorów bez konieczności chłodzenia kriogenicznego. Detektory "HOT" (Higher Operation Temperature) są obecnie istotnym kierunkiem rozwoju detektorów na świecie, a te konstruowane z HgCdTe pracujące bez chłodzenia kriogenicznego są polską specjalnością dobrze rozpoznawalną w świecie. W ramach grantu zamawianego PBZ- MNiSW 02/I/2007 pt.: "Zaawansowane technologie dla półprzewodnikowej optoelektroniki podczerwieni", realizowane są dwa zadania: nr 5 pt." Niechłodzone detektory podczerwieni z HgCdTe" w VIGO System SA i nr 6 pt." Zjawiska fotoelektryczne w złożonych heterostrukturach HgCdTe stosowanych w konstrukcjach niechłodzonych detektorów podczerwieni" w Instytucie Fizyki Technicznej, Wojskowej Akademii Technicznej. Zadania te są ściśle ze sobą powiązane i wzajemnie się uzupełniają. Podstawowym ich celem było pokonanie nierozwiązanych dotąd problemów związanych z teorią, konstrukcją i technologią detektorów promieniowania podczerwonego z Hg1-xCdxTe pracujących bez chłodzenia kriogenicznego. Wyniki badań uzyskane w ramach zadania 6 były prezentowane na wielu konferencjach naukowych i przedstawiane w wielu pracach [1-12]. W niniejszej pracy przedstawiamy w skrócie najważniejsze osiągnięcia będące efektem realizacji tych badań. Technologia wzrostu warstw Epitaksja ze związków metaloorganicznych MOCVD (Metalorganic Chemical Vapour Deposition) jest drugą technologią niskotemperaturowej epitaksji HgCdTe - obok epitaksji z wiązek molekularnych (MBE) - umożliwiającą otrzymanie heterostruktur HgCdTe, niezbędnych dla nowych przyrządów pracujących bez chłodzenia kriogenicznego. Odpowiednio zaprogramowane epitaksjalne struktury detekcyjne z HgCdTe otrzymywane były w układzie MOCVD typu AIX 200 wchodzącego w skład laboratorium MOCVD (wspólnej inwestycji VIGO System SA i Wojskowej Akademii Technicznej. W procesie wzrostu stosowane były 2-[...]

Niechłodzone detektory podczerwieni z HgCdTe


  Praca bez konieczności chłodzenia kriogenicznego jest podstawową cechą detektorów" HOT" (Higher Operation Temperature) [1]. Prace nad detektorami promieniowania podczerwonego bez konieczności chłodzenia kriogenicznego rozpoczęto w Polsce już we wczesnych latach 70. ub. wieku [2-6]. Detektory z HgCd- Te pracyjące bez chłodzenia kriogenicznego są obecnie Polską specjalnością dobrze rozpoznawalną w świecie. Zainteresowanie tymi detektorami jest związane z ważnymi ich zastosowaniami, w szczególności w systemach łączności optycznej drugiej generacji w otwartej przestrzeni, analizatorach gazów, dalmierzach laserowych działających w trudnych warunkach meteorologicznych, ostrzegaczach o namierzaniu laserowym, długofalowej metrologii laserowej, diagnostyce plazmy w badaniach nad syntezą termonuklearną, lidarach i czujnikach pirometrycznych o subnanosekundowej rozdzielczości. W ramach grantu zamawianego PBZ- MNiSW 02/I/2007 pt.: "Zaawansowane technologie dla półprzewodnikowej optoelektroniki podczerwieni", realizowane są dwa zadania nr 5 pt. "Niechłodzone detektory podczerwieni z HgCdTe" w VIGO System SA i nr 6 pt. "Zjawiska fotoelektryczne w złożonych heterostrukturach HgCdTe stosowanych w konstrukcjach niechłodzonych detektorów podczerwieni" w Instytucie Fizyki Technicznej Wojskowej Akademii Technicznej. Zadania te są ściśle ze sobą powiązane i wzajemnie się uzupełniają. Podstawowym celem tych zadań było pokonanie nierozwiązanych dotąd problemów związanych z teorią, konstrukcją i technologią detektorów promieniowania podczerwonego z Hg1‑xCdxTe pracujących bez chłodzenia kriogenicznego. Wyniki badań uzyskane w ramach zadania 5 były prezentowane na wielu konferencjach naukowych i przedstawiane w wielu pracach [7-15]. W niniejszej pracy przedstawiamy w skrócie najważniejsze osiągnięcia będące efektem realizacji tych badań. Koncepcja detektora W ramach prowadzonych prac badawczych rozwijana była i udoskonalana koncepcja detektora[...]

Optymalizacja technologii MOCVD pod kątem poprawy morfologii powierzchni warstw HgCdTe

Czytaj za darmo! »

Podstawową cechą nowej generacji fotodetektorów promieniowania podczerwonego jest efektywna praca bez konieczności chłodzenia kriogenicznego. Już we wczesnych latach 70. ubiegłego wieku w Polsce doceniono znaczenie detekcji promieniowania podczerwonego bez konieczności chłodzenia kriogenicznego [1-2]. Detektory "HOT" (Higher Operation Temperature) stały się znacznie później istotnym kierunkiem rozwoju detektorów na świecie. W tym roku została opublikowana kompleksowa monografia High-Operating- Temperature Infrared Detectors podsumowująca unikatowe polskie osiągnięcia w tym zakresie [3]. Hg1-xCdxTe (HgCdTe) jest nadal jednym z kluczowych materiałów do przemysłowej produkcji detektorów podczerwieni [3-4]. Wymagania rynkowe oraz inne konkurencyjne technologie stawiają jednak cor[...]

Moduły detekcyjne dla telekomunikacji optycznej w otwartej przestrzeni


  Już od kilku lat prowadzone są intensywne prace nad rozwojem szerokopasmowej telekomunikacji optycznej w otwartej przestrzeni z wykorzystaniem długofalowego promieniowania podczerwonego (> 8 μm) [1-9]. Jak się okazało najbardziej efektywne i wygodne w zastosowaniu jest promieniowanie długofalowe o długości fali około 10 μm. Najkorzystniejsze jest tu wykorzystanie heterostrukturalnych fotodetektorów promieniowania podczerwonego chłodzonych za pomocą chłodziarek termoelektrycznych. Układ sterujący pracą termochłodziarki powinien zapewnić stałą temperaturę pracy detektora w szerokim zakresie zmian temperatury otoczenia. Założono wykorzystanie detektora fotowoltaicznego. Podstawą konstrukcji tych fotodetektorów są złożone heterostruktury HgCdTe wytwarzane metodą MOCVD. Ze względu na szybkość transmisji rzędu 10…100 Mb/s i większej, niezbędne jest zastosowanie detektora o stałej czasowej rzędu pojedynczych ns i mniejszej oraz pasma wzmacniacza >100 MHz. W celu osiągnięcia dużej wykrywalności pasmo wzmacniacza powinno być ściśle skorelowane z wymaganą prędkością transmisji. Poziom szumów jak i osiągalne pasmo wzmacniacza zależy w dużym stopniu od pojemności własnej detektora. Wskazane jest zastosowanie detektora z pojemnością < 5 pF. Warunek małej pojemności można zrealizować stosując zasilanie detektora w kierunku zaporowym. Dobór napięcia zasilania należy ustalić na podstawie pomiaru stałej czasu detektora w funkcji napięcia zasilania. Zastosowanie dodatkowo detektora z immersyjnym układem optycznym pozwala w znacznym stopniu zmniejszyć fizyczne wymiary detektora zmniejszając jednocześnie jego pojemność. Podstawowe wymagania stawiane długofalowym detektorom dla telekomunikacji optycznej w otwartej przestrzeni to wysoka wykrywalność i duża szybkość działania. 74 Elektronika 10/2010 Niechłodzone i chłodzone termoelektrycznie detektory HgCdTe, a na ich bazie moduły detekcyjne, od wielu lat są rozwijane w polskiej[...]

Długofalowe detektory podczerwieni dla telekomunikacji optycznej w otwartej przestrzeni


  Nowym obiecującym kierunkiem w rozwoju szerokopasmowej telekomunikacji optycznej w otwartej przestrzeni jest wykorzystanie długofalowego (> 8 μm) promieniowania podczerwonego [1-5]. W otwartym łączu optoelektronicznym ośrodkiem transmisyjnym jest otwarta przestrzeń, w której propaguje się impulsowo modulowana wiązka promieniowania laserowego. Sygnał z nadajnika dochodzący do układu odbiorczego ulega tłumieniu w zależności od: długości fali, aktualnego stanu pogody (opady, mgła, nasłonecznienie), pory dnia i roku, zjawisk fizycznych (dyspersja, turbulencja) itp. Analiza wpływu czynników destabilizujących transmisję sygnału wykazuje, że natężenie promieniowania w punkcie odbioru charakteryzuje się dużym zakresem zmian. Optymalna długość fali, na której powinno pracować łącze leży w zakresie promieniowania długofalowego - powyżej 8 μm. Zaproponowana długość fali wynika z mniejszego tłumienia wprowadzanego przez mgły o niewielkich cząstkach oraz zwiększonego bezpieczeństwa dla wzroku w stosunku do pozostałych dwóch pasm używanych w łączach optoelektronicznych, tj. 780…850 nm i 520…1600 nm. Najkorzystniejsze jest tu wykorzystanie heterostrukturalnych fotodetektorów długofalowego (λ ≈ 10 μm) promieniowania podczerwonego chłodzonych za pomocą chłodziarek termoelektrycznych. Podstawą konstrukcji tych fotodetektorów są złożone heterostruktury HgCdTe wytwarzane metodą MOCVD. Założono wykorzystanie detektora fotowoltaicznego z immersyjnym układem optycznym, pozwalającym w znacznym stopniu zmniejszyć fizyczne wymiary detektora zmniejszając jednocześnie jego pojemność, a zwiększającym jego wykrywalność. Podstawowe i najważniejsze wymagania stawiane długofalowym detektorom dla telekomunikacji optycznej w otwartej przestrzeni to: - Wysoka wykrywalność. Jest niezbędna dla osiągnięcia niskiej stopy błędów przy małych mocach wiązki laserowej i układach optycznych o małej aperturze. W praktyce oznacza t[...]

Pomiar szumów małej częstotliwości diodowych detektorów podczerwieni


  Jednym z najważniejszych parametrów użytkowych detektorów jest wykrywalność (D*). W przypadku półprzewodnikowych detektorów podczerwieni parametr ten jest określony przez sprawność kwantową i szumy stosowanego przyrządu. Dla detektorów niezasilanych - wykrywalność określa się w odniesieniu do szumu termicznego detektora. W artykule opisano metodykę pomiaru szumów małych częstotliwości detektorów diodowych, którą zastosowano do detektora HgCdTe produkcji firmy VIGO System (typ MWIR). Wyniki pozwalają opisać szumy 1/f detektora na poziomie ilościowym oraz formułować wstępne wnioski dotyczące natury tych szumów. W przypadku detektorów fotowoltaicznych można zwiększyć wartość D* stosując zasilanie w kierunku zaporowym. Wtedy D* określa się w odniesieniu do szumu śrutowego, którego wartość jest 2-krotnie mniejsza niż szum termiczny detektora niezasilanego. Dla detektorów HgCdTe, których wykrywalność określa się względem szumu generacyjno-rekombinacyjnego procesów Augera, zasilanie w kierunku zaporowym jest szczególnie atrakcyjne, gdyż umożliwia dławienia tego procesu (i związanych z nim szumów g-r) przez redukcję koncentracji swobodnych nośników ładunku [1]. Dodatkową zaletą stosowania zasilania w kierunku zaporowym jest wzrost szybkości odpowiedzi fotodiody [2]. W warunkach nierównowagowych pojawiają się jednak nadmiarowe szumy typu 1/f, które zmniejszają wykrywalność detektora dla wolnozmiennych sygnałów. Jedynym sposobem wyznaczenia wartości D* są wtedy pomiary szumów detektora w zakresie małych częstotliwości, gdyż obecnie brakuje powszechnie akceptowanej teorii, którą można stosować do opisu tych szumów. Pomiary szumów 1/f detektorów mają zatem cel nie tylko praktyczny, lecz także aspekt poznawczy zakładający identyfikację źródeł szumów małej częstotliwości i określenie ich korelacji z budową, technologią i warunkami pracy detektora. Układ pomiarowy Zastosowano konfigurację pomiaru prądu szumów. Fluktuacje id = iD - ID (p[...]

 Strona 1  Następna strona »