Напівпровідниковий світловипромінюючий пристрій

Напівпровідниковий випромінюючий пристрій, що містить випромінюючі активні елементи, які розміщені на одній теплопровідній основі та випромінюють в максимумах на різних довжинах хвиль, який відрізняється тим, що містить n 2 3 Відомий пристрій світловипромінювального діода (СВД) ІЧ-діапазону [3], який випускає позитивну люмінесценцію при напрузі прямого зміщення і випускає негативну люмінесценцію при напрузі зворотного зміщення. Рівні напруг прямого і зворотного зміщень, що подаються засобом збудження, встановлюють так щоб при заданому рівні вхідної напруги прямого зміщення зміна вихідної потужності СВД із зміною температури була по суті рівною зміні вихідної потужності СВД із зміною температури при заданому рівні вхідної напруги зворотного зміщення і урівноважувалася вказаною зміною вихідної потужності СВД із зміною температури при заданому рівні вхідної напруги зворотного зміщення по всьому вибраному інтервалу температур, а різниця у вихідній потужності між позитивною люмінесценцією і негативною люмінесценцією СВД стабілізувалася відносно температури. Технічний результат, який досягається при використанні даного пристрою є зниження або взагалі відсутність вимог до стабілізації температури для стійкої роботи світлодіодів в інфрачервоному діапазоні. Недоліком даного пристрою є складність роботи пристрою СВД за рахунок попередніх встановлень прямих і обернених напруг, що подаються засобом збудження на СВД з різними довжинами хвиль випромінювання та в послідуючому обробка одержаного випромінювання. В широкому інтервалі температур відбувається стабілізація потужності випромінювання, однак, не забезпечується узгодженість спектра джерела випромінювання і спектральної чутливості фотоприймача і/або спектра поглинання досліджуваного газу під дією температури оточуючого середовища. За прототип корисної моделі взято напівпровідникове джерело випромінювання [3], яке містить оптичний фільтр на робочу довжину хвилі з вузькою смугою пропускання, а випромінюючий елемент виконаний не менше як із двох випромінюючих кристалів з однаковими температурними коефіцієнтами забороненої зони, з'єднаних послідовно та спектри випромінювання яких рознесені по довжинам хвиль відносно робочої довжини хвилі оптичного фільтра відповідно в довгохвильову і короткохвильову область спектра. Технічний результат, який досягається при використанні даного напівпровідникового джерела випромінювання є стабілізація потужності та смуги випромінювання напівпровідникового джерела випромінювання в широкому інтервалі температур при одночасному спрощенні конструкції. Недоліком даного напівпровідникового джерела випромінювання є відсутність узгодженості спектра джерела випромінювання і спектральної чутливості фотоприймача і/або спектра поглинання досліджуваного газу під дією температури оточуючого середовища у широкому інтервалі температур. Завданням корисної моделі є забезпечення узгодженості спектра напівпровідникового світловипромінюючого пристрою (НСП) по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і/або спектра поглинання досліджуваного газу під дією температури оточуючого середовища у широкому ін 54550 4 тервалі температур та розширення області використання. Поставлене завдання досягається таким чином, що напівпровідниковий світловипромінюючий пристрій, що містить випромінюючі активні елементи, які розміщені на одній теплопровідній основі та випромінюють в максимумах на різних довжинах хвиль, n 2 активних елементів з р-nпереходами, які випромінюють в максимумах на m 2 заданих довжинах хвиль, узгоджених для кожного із m 2 інтервалів температур робочого діапазону, час та тривалість роботи активних елементів з p-n-переходами визначається датчиком температури і/або мікропроцесорним блоком керування, прозорі для випромінювання вихідне вікно або лінза, розміщені на виході випромінювання активних елементів з р-л-переходами. Робочий діапазон температур НСП задається m 2 інтервалами температур для кожного з яких узгоджені відповідні спектральні характеристики випромінювання активних елементів з р-nпереходами. Максимум довжини хвилі випромінювання активних елементів з р-n-переходами задається на середнє значення інтервалу температур, що дозволяє краще узгодити температурні зміщення спектральних характеристик активних елементів по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і/або смуги власного поглинання аналізуючого газу при зміні температури оточуючого середовища. Датчик температури і/або мікропроцесорний блок керування, в залежності від температури оточуючого середовища на даний момент, визначають робочий інтервал температур та активують відповідні активні елементи з р-лпереходами. Наявність датчика температури і/або мікропроцесорного блоку керування пристроєм дозволяє безпосередньо або програмно вмикати активні елементи з р-n-переходами в будь-якій послідовності, що значно розширює область його використання. Крім того, за рахунок використання простих та технологічних у виготовленні випромінюючих активних елементів з р-n-переходами, одержаних на основі неперервного ряду твердих розчинів за планарною технологією, відбувається спрощення конструкції випромінювальної частини пристрою. Прозорі для випромінювання вихідне вікно, яке виготовлене із сапфіра, або лінза, яка виготовлена із оптичної кераміки, розміщені на корпусі НСП і захищають активні елементи з p-n-переходами. Така конструкція НСП дозволяє використовувати його в умовах агресивного оточуючого середовища та розширює область використання. На Фіг.1 наведені відносні положення спектрів випромінювання НСП та смуги власного поглинання газу СО2 при 0°С (а); 20°С (б) та 40°С (в). На Фіг.2 схематично зображено конструкцію НСП, що заявляється. НСП містить теплопровідну 1 основу на якій знаходяться заглиблення 2 в основі яких розміщені активні 3, 4 і 5 елементи з р-n-переходами. Бокова поверхня корпусу 7 НСВ, яка формує випромінювання активних елементів, виготовлена у формі урізаного конуса або іншого концентратора випромінювання. Активні 3, 4 і 5 елементи з р-n 5 переходами випромінюють в максимумі на різних заданих довжинах хвиль і розміщені в просвітлюючому та фокусуючому 8 середовищі із заданим показником заломлення. Корпус 7 містить прозоре для випромінювання активних елементів вихідне 9 вікно. Активація активних 3, 4 і 5 елементів відбувається безпосередньо через струмовідводи 6 або програмно з використанням мікропроцесорного 11 блоку керування та датчика 10 температури. На Фіг.3 наведено розміщення активних 3, 4, 10 і 11 елементів з р-n-переходами, які випромінюють в максимумах на заданих довжинах хвиль, узгоджених з довжиною хвилі в максимумі смуги власного поглинання газу відповідно для кожного інтервалу температур та активного 5 елементу з рn-переходом, який випромінює в максимумі на довжині хвилі поза смугою власного поглинання аналізованого газу. Напівпровідниковий світловипромінюючий пристрій працює наступним чином. При прикладанні напруги до випромінюючих активних 3, 4 і 5 елементів з р-n-переходами (Фіг.2), які випромінюють в максимумах на заданих довжинах хвиль, через них проходить електричний струм в прямому напрямку і одночасно генерується випромінювання. В залежності від температурного діапазону роботи даного НСП задається певна кількість інтервалів температур, серед яких, один з низ на даний момент визначається робочим інтервалом та якому відповідає наперед задана спектральна характеристика випромінювання активного елемента з p-n-переходом. На виході НСП формується монохроматичне випромінювання на робочій довжині хвилі. Зміна температури навколишнього середовища приводить до зміщення спектру випромінювання активного 3 елементу у відповідності із температурним коефіцієнтом зміни ширини забороненої зони. Для іншої температури оточуючого середовища, робочим інтервалом температур стає інший інтервал температур, якому відповідає наперед задана інша спектральна характеристика випромінювання активного 4 елемента. Наявність двох і більше заданих інтервалів температур, забезпечує краще узгодження температурних зміщень спектральних характеристик випромінювання активних елементів по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і/або смуги власного поглинання аналізованого газу під дією температури оточуючого середовища. Датчик 10 температури відслідковує зміну температури оточуючого середовища та з'єднаний з мікропроцесорним 11 блоком керування. Вмикання активних 3, 4 і 5 елементів з р-n-переходами забезпечується мікропроцесорним 11 блоком керування в різні моменти часу в залежності від швидкості зміни температури оточуючого середовища. Мікропроцесорний 11 блок керування НСП дозволяє програмно вмикати активні елементи з р-nпереходами в будь-якій послідовності. Відомо, що потужність світлового потоку джерела випромінювання, який містить активні елементи з р-n-переходами, зменшується при підвищенні температури оточуючого середовища. Збільшення кількості випромінюючих активних 54550 6 елементів з р-n-переходами приводить до збільшення потужності потоку випромінювання, що дозволяє забезпечити стабільність роботи НСП. При понижені температури оточуючого середовища, потужність випромінювання активних елементів з р-n-переходами на різних довжинах хвиль збільшується неоднаково, тому для деяких робочих інтервалів температур кількість активних елементів з р-n-переходами може бути зменшена. Активні елементи з р-n-переходами були одержані на основі твердих розчинів InGaAs, що генерують випромінювання в інфрачервоній області спектру на довжинах хвиль 2,5-3,9мкм та InAsSbP, що генерують випромінювання на довжинах хвиль 4,2-5,0мкм. Температурний коефіцієнт зміни ширини забороненої зони рівний 3,3x10-4еВ/град. Для робочого діапазону температур від -20°С до +50°С довжина хвилі в максимумі випромінювання активних елементів з р-n-переходами зміщується з 4,0мкм до 4,4мкм, що дозволяє узгодити спектральні характеристики випромінювання активних елементів по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і смуги власного поглинання аналізованого газу СО2. Для даного аналізованого газу активний 5 елемент з р-n-переходом (Фіг.3) випромінює в максимумі на довжині хвилі 3,8мкм поза смугою власного поглинання СО2. Зміна режиму роботи НСП (величина струму 1=200мА, частота слідування імпульсів до 10МГц, скважність 2) на імпульсний режим роботи (І=110А, частота слідування імпульсів до 10Гц, тривалість імпульсу =100мкс) збільшує потужність випромінювання НСП в середньому на порядок. Запропонована корисна модель дозволяє одержати напівпровідниковий світловипромінюючий пристрій, який ефективно узгоджує його спектральні характеристики по відношенню до спектральної чутливості фотоприймача і/або спектра поглинання досліджуваного газу під дією температури оточуючого середовища у широкому інтервалі температур та значно розширює область використання. Джерела інформації: 1. Александров С.Е., Гаврилов Г.А., Капралов А.А., Матвеев Б.А., Сотникова Г.Ю., Ременный М.А. Моделирование характеристик оптических газовых сенсоров на основе диодных оптопар среднего ИК-диапазона спектра // Журнал технической физики. - 2009. - Т.79, №6. - С.112-118. 2. Патент РФ №2170995, Светодиодное устройство, МПК H01L33/00, дата публікації 2001.07.20. 3. Патент України №57845 С2, Пристрій світловипромінювального діода (СВД) ІЧ-діапазону, датчик, що включає в себе пристрій СВД ІЧдіапазону, спосіб приведення в дію СВД ІЧдіапазону та спосіб роботи датчика, що містить СВД ІЧ-діапазону, МПК G01N21/35, H01L33/00, дата публікації 15.07.2003. 4. Патент України №90289, Напівпровідникове джерело випромінювання, МПК(2009) H01L33/00, дата публікації 2010.04.26. 7 Комп’ютерна верстка О. Рябко 54550 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601