1 DETEKTORY Z WNĘKĄ REZONANSOWĄ TYPY PRZYRZĄDÓW, WADY I ZALETYMateusz Garbowicz nr albumu

2 PLAN Rodzaje detekcji Zjawiska fizyczne ParametryStruktura detektora RCE Zasada działania detektora RCE Przykłady detektorów Podsumowanie

3 Metody detekcji: fotodetekcja termiczna fotodetekcja chemicznafotodetekcja kwantowa

4 Metody detekcji: Fotodetekcja termiczna – padające fotony powodują wzrost temperatury detektora, spowodowany pochłonięciem ich energii, a wzrost temperatury powoduje wystąpienie zjawisk wtórnych (np. zmiana oporu, powstanie napięcia termoelektrycznego, zmiana pojemności elektrycznej, zmiana ciśnienia gazu). Termopary i bolometry

5 Metody detekcji: Fotodetekcja chemiczna – podczas absorpcji światła zachodzą reakcje chemiczne w materiale detektora, w wyniku których następuje zmiana właściwości materiału . Klisze totograficzne i emulsje światłoczułe

6 Metody detekcji: Fotodetekcja kwantowa – w tym przypadku, w wyniku absorpcji światła, jeżeli energia fotonu Ef=hf jest większa od wartości przerwy zabronionej Eg, dochodzi do generacji nośników prądu.

7 Zjawiska fizyczne zjawisko fotoelektryczne wewnętrznezjawisko fotowoltaiczne zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne

8 Zjawiska fizyczne Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne – polega na generacji elektronów i dziur w złączu półprzewodnikowym na skutek absorpcji energii niesionej przez fotony. Złącze p-n jest spolaryzowane napięciem zewnętrznym, zatem na wygenerowane nośniki działa pole elektryczne powodując przepływ prądu. Tym sposobem powstają powszechnie stosowane detektory: fotodioda złączowa p-n, fotodioda p-i-n oraz fotodioda lawinowa.

9 Zjawiska fizyczne Zjawisko fotowoltaiczne- podczas absorpcji fotonów przez nie spolaryzowane złącze p-n dochodzi do generacji elektronów i dziur w złączu. Przy udziale napięcia dyfuzyjnego powstaje na okładkach złącza napięcie fotowoltaiczne. Na tej zasadzie działają ogniwa słoneczne.

10 Zjawiska fizyczne Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne (fotoemisja) –powstaje wówczas, gdy energia fotonów jest na tyle duża, że pobudzone optycznie elektrony opuszczają powierzchnię ciała, a więc następuje fotoemisja. Zjawisko to jest wykorzystywane między innymi w fotopowielaczu oraz fotodiodzie próżniowej.

11 Detektory kwantowe Fotodiody p-n Fotodiody p-i-n Fotodiody lawinoweFotodetektory MSM Fotodetektory QWIP

12 Parametry

13 RCE (Resonant Cavity Enhanced)"Przyrządy RCE (ang. Resonant Cavity Enhanced) zawierają w swojej budowie mikro wnękę rezonansową w postaci rezonatora Febry-Perrot'a. Najczęściej stosowane zwierciadła w rozwiązaniach projektowych to zwierciadła Braggowskie. W przyrządach tych następuje zwiększenie efektywności kwantowej związanie z rezonansem dla określonej długości fali."

14 Struktura RCE Jednowymiarowa, planarna wnęka półprzewodnikowa składa się z rezonatora Fabry-Perot usytuowanego pomiędzy zwierciadłami dielektrycznymi, tzw. zwierciadłami Braggowskimi. Wnęka rezonansowa powinna mieć długość równą całkowitej wielokrotności połowy długości fali w danym ośrodku λ=k(λ/2). By móc wyraźnie obserwować charakterystyczne dla mikrownęk efekty, k powinno być małe (k=1, 2, 3, 4, 5…).

15 Detektor RCE

16 Detektror RCE Przedstawiona struktura zawiera złącze p-i-n wykonane z półprzewodnika o szerszej przerwie energetycznej, który nie absorbuje wykrywanego promieniowania. W warstwie zaporowej złącza znajduje się cienka, niedomieszkowana warstwa absorbująca. Dzięki rezonansowemu zwiększeniu energii optycznej we wnęce grubośc warstwy absorpcyjnej może być znacznie zmniejszona bez znacznego zmniejszenia czułości przyrządu.

17 Detektror RCE Na każdej granicy ośrodków następuje odbicie części promieniowania. Współczynnik odbicia możemy obliczyć z równania: Oznacza to, że na każdej granicy warstw następuje odbicie 26,2% promieniowania. Wartość całkowitego odbicia zwierciadła Bragga jest suma odbić na każdej warstwie i przy odpowiednio dużej ilości warstw może wynośic nawet 99,9%

18 Detektror RCE Aby obliczyć współczynnik odbicia dla struktury lustra Bragga możemyskorzystać ze wzoru:

19 Detektror RCE Współczynniki załamania są indeksowane:

20 Detektror RCE Współczynnik kształtu κ wynosi odpowiednio:

21 Przykłady detektorów RCE

22 Przykłady detektorów RCE

23 Przykładowa struktura detektora RCE

24 Podsumowanie ZALETY WADY Mała szerokość pasma detekcjiDuża selektywność Duża czułość Trudność wykonania (wielowarstwowość, powtarzalność warstw) Duża szybkość działania Mała szerokość pasma detekcji

25 Literatura Materiały do wykładu ”Optoelektronika” M. Tłaczałafile://localhost/E:/pwr/stare/OPTO/opto/wemif03/jap95-rce.pdf

26 Dziękuję za uwagę ;-)