Пристрій світловипромінювального діода (свд) іч-діапазону, датчик, що включає в себе пристрій свд іч-діапазону,спосіб приведення в дію свд іч-діапазону та спосіб роботи датчика, що містить свд іч-діапазону

1 Пристрій світловипромінювального діода (СВД), що містить СВД (ЗО) ІЧ-діапазону, який випускає позитивну люмінесценцію при напрузі прямого зміщення і випускає негативну люмінесценцію при напрузі зворотного зміщення,засіб збудження для подачі напруг прямого і зворотного зміщення, що чергуються, на СВДякий відрізняється тим, що рівні напруг прямого (+v-i) і зворотного (-V2) зміщень, що подаються засобом збудження, встановлюють так, щоб при попередньо 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 попередньо заданому рівні вхідної напруги зворотного зміщення і урівноважувалася вказаною зміною вихідної потужності СВД із зміною температури при попердньо заданому рівні вхідної напруги зворотного зміщення по всьому вибраному інтервалу температур, щоб різниця у ВИХІДНІЙ потужності між позитивною люмінесценцією і негативною люмінесценцією СВД стабілізувалася відносно температури 2 Пристрій за п 1 , який відрізняється тим, що ВХІДНІ напруги прямого і зворотного зміщення чергуються з однаковим інтервалом 3 Пристрій за п 1 або 2, який відрізняється тим, що період і величина вхідної напруги прямого зміщення по суті однакові в послідовних циклах позитивної люмінесценції і період і величина вхідної напруги зворотного зміщення по суті однакові в послідовних циклах негативної люмінесценції 4 Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що вхідна напруга зворотного зміщення, що подається на СВД, така, що вона формує максимальний рівень негативної люмінесценції в СВД при максимальній температурі вибраного інтервалу робочих температур 5 Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що СВД випускає випромінювання в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль в інтервалі 3-13 мікрон 6 Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що СВД утворений з вузькозонного напівпровідникового матеріалу 7 Датчик, що включає в себе пристрій СВД ІЧдіапазону за п 1 8 Датчик за п 7, в якому, датчик являє собою газовий датчик 9 Спосіб приведення в дію СВД ІЧ-діапазону, який випускає позитивну люмінесценцію при напрузі прямого зміщення і випускає негативну люмінесценцію при напрузі зворотного зміщення, який включає подачу вхідної напруги прямого (+v-i) і зворотного (-V2) зміщення, що чергується, на СВД , який відрізняється тим, що рівні напруг прямого і зворотного зміщення вибирають так, щоб зміна вихідної потужності СВД при ЗМІНІ температури у разі попередньо заданого рівня вхідної напруги прямого зміщення була по суті рівною ЗМІНІ ВИХІДНОЇ потужності СВД при ЗМІНІ температури у разі попередньо заданого рівня вхідної напруги зворотного зміщення і урівноважена нею по вибраному інтервалу температур, щоб різниця у ВИХІДНІЙ потужності між позитивною люмінесценцією і негативною люмінесценцією СВД стабілізувалася відносно температури 10 Спосіб за п 9, який відрізняється тим, що ВХІДНІ напруги прямого і зворотного зміщення чергуються з однаковим інтервалом 11 Спосіб за п 9 або 10, який відрізняється тим, що період і величина вхідної напруги прямого зміщення по суті однакові в послідовних циклах позитивної люмінесценції і період і величина вхідної напруги зворотного зміщення по суті однакові в послідовних циклах негативної люмінесценції 12 Спосіб за будь-яким з пп9-11, який відрізняється тим, що вхідна напруга зворотного зміщення, що підводиться до СВД, така, що вона формує О ю ^00 ю 57845 максимальний рівень негативної люмінесценції в СВД при максимальній температурі у вибраному робочому інтервалі температур 13 Спосіб за будь-яким з пп9-12, який відрізняється тим, що СВД випускає випромінювання на інфрачервоних довжинах хвиль в діапазоні 3-13 мікрон 14 Спосіб за будь-яким з пп9-13, який відрізня Даний винахід стосується напівпровідникових світловипромінювальних ДІОДІВ (СВД), які випускають електромагнітне випромінювання на інфрачервоних (14) довжинах хвиль Світловипромінювальні діоди ІЧ-діапазону застосовують в областях телекомунікацій, спектроскопії і, особливо, газових датчиків Технологія інфрачервоних датчиків газу добре визнана і може забезпечувати селективне і кількісне виявлення різних газів, що мають коливально-обертальне поглинання на довжинах хвиль між 3 і 12 мікронами Існуючі інфрачервоні джерела для газових датчиків на інфрачервоних довжинах хвиль працюють при високих температурах і, внаслідок цього, мають ряд недоліків в частині справжньої безпеки, діапазону довжин хвиль, стабільності і терміну служби Крім того, існуючі джерела випускають імпульси інфрачервоного випромінювання на частоті, обмеженій максимальною частотою порядку декількох Герц, яка не узгоджується з оптимальними робочими частотами обробляючої електроніки і обмежує тип детектора сигналу ІЧ-випромінювання, який можна використати в газовому датчику Останнім часом розроблені СВД ІЧ-діапазону долають велику частину цих проблем при застосуваннях в газових датчиках Нові Світловипромінювальні діоди ІЧ-діапазону періодично зазнають позитивної напруги зміщення з метою генерування серії імпульсів інфрачервоного випромінювання Однак вихідна потужність цих імпульсів значно залежить від температури ВІДПОВІДНО до цього, під час використання такого СВД ІЧ-діапазону в пристроях газових датчиків треба або контролювати температуру СВД і результати математично корегувати для змін температури, або необхідно стабілізувати температуру СВД Нормальний спосіб стабілізування оптичної вихідної потужності відносно температури являє собою використання способів регулювання температури, типу поєднання термоелектричного охолоджування або охолоджування за допомогою ефекту Пельт'є і термочутливих елементів Отже, стабілізування і/або контроль температури додає вартості і складності до роботи СВД інфрачервоного діапазону при застосуваннях для виявлення газу Проекційний апарат динамічної інфрачервоної обстановки, утримуючий світловипромінюючі діоди інфрачервоного діапазону, здатний до випущення і позитивної і негативної люмінесценції, описаний в Міжнародній Заявці на патент № PCT/GB 96/02374 Газовий датчик, що включає в себе світловипромінювальний діод інфрачервоного діапазону, який може випускати і позитивну і ється тим, що мінімальний рівень негативної люмінесценції СВД використовується як базовий рівень для вимірювання вихідної потужності СВД 15 Спосіб роботи датчика, що містить СВД ІЧдіапазону, за допомогою приведення в дію СВД у ВІДПОВІДНОСТІ до способу за п 9 16 Спосіб за п 15, який відрізняється тим, що датчик являє собою газовий датчик негативну люмінесценцію, описаний в статті К Х Уонга (С Н Wang) і інш під назвою "Виявлення дюксиду азоту з використанням світловипромінювального діода InSb середньої частини інфрачервоного діапазону для роботи при кімнатній температурі", яка була опублікована в "Документах по Електроніці", том 34, № 3 (5 лютого 1998), сторінки 300 - 301 Метою даного винаходу є забезпечення пристрою СВД ІЧ-діапазону, який не вимагає значної стабілізації температур для роботи стійким чином ВІДПОВІДНО ДО ЦЬОГО, перший аспект даного винаходу забезпечує пристрій світловипромінювального діода інфрачервоного діапазону, що містить світловипромінюючий діод інфрачервоного діапазону, який випускає позитивну люмінесценцію при напрузі прямого зміщення і негативну люмінесценцію при напрузі зворотного зміщення, і засіб збудження для передачі вхідної напруги прямого і зворотного зміщення, що чергується, на світловипромінюючий діод, який відрізняється тим, що рівні напруг прямого і зворотного зміщень, що подаються засобом збудження, встановлюють так, що при рівні вхідної напруги прямого зміщення зміна вихідної потужності СВД із зміною температури по суті виявляється рівною ЗМІНІ вихідної потужності СВД при ЗМІНІ температури у разі рівня вхідної напруги зворотного зміщення і урівноважується вказаною зміною по всьому вибраному інтервалу температур, так що різниця вихідної потужності між позитивною люмінесценцією і негативною люмінесценцією світловипромінюючого діода стабілізується відносно температури У ВІДПОВІДНОСТІ з другим аспектом даного винаходу забезпечується спосіб функціонування світловипромінювального діода інфрачервоного діапазону, який випускає позитивну люмінесценцію при напрузі прямого зміщення і негативну люмінесценцію при напрузі зворотного зміщення, де спосіб містить подачу вхідної напруги прямого і зворотного зміщення, що чергується, на світловипромінювальний діод, відрізняється тим, що рівні напруг прямого і зворотного зміщень вибирають так, щоб зміна вихідної потужності СВД із зміною температури була по суті рівною ЗМІНІ вихідної потужності СВД при ЗМІНІ температури у разі рівня вхідної напруги зворотного зміщення і урівноважувалася вказаною зміною по всьому вибраному інтервалу температур так, щоб різниця вихідної потужності між позитивною люмінесценцією і негативною люмінесценцією світлови 57845 промінюючого діода стабілізувалася відносно температури Отже, складова вихідної потужності, що випускається світловипромінювальним діодом (СВД), яка змінюється вхідною напругою прямого і зворотного зміщення, що чергується, має постійну різницю між максимальною (позитивна люмінесценція) і мінімальною (негативна люмінесценція) вихідною потужністю в кожному циклі позитивної і негативної люмінесценції по всьому вибраному діапазону температур ВІДПОВІДНО ДО цього, якщо мінімальна негативна люмінесценція використовується як базовий рівень для вимірювань вихідної потужності, то різниця між цим базовим рівнем (який зміниться із зміною температури) і максимальним рівнем позитивної люмінесценції (який також змінюється із зміною температури) залишається постійною по всьому вибраному діапазону температур для кожного циклу позитивної і негативної люмінесценції Таким чином, температуру, стабілізовану вихідною потужністю, що чергується, можна використати як джерело в різних застосуваннях інфрачервоного випромінювання, особливо в газових датчиках, з невеликим ЗОВНІШНІМ управлінням температурою або без нього Пристрій діода інфрачервоного випромінювання за даним винаходом може також збільшувати амплітуду застосовного сигналу 14випромінювання, тому що можна використати імпульс негативної люмінесценції, а також імпульс позитивної люмінесценції, наприклад, в пристроях газових датчиків Це можна зрозуміти, посилаючись на фіг 4а, на якій показана зміна позитивної люмінесценції і негативної (інвертованої) люмінесценції із зміною температури для зразка СВД ІЧ-діапазону, і фіг 4Ь, на якій показаний єдиний цикл позитивної і негативної люмінесценції для зразка СВД 14діапазону при двох різних температурах На фіг 4а можна бачити, що позитивна люмінесценція (емісія при напрузі прямого зміщення) для напівпровідникового СВД ІЧ-діапазону, виміряна на фіг 4а, монотонно зменшується із збільшенням температури в діапазоні принаймні 0 - 50°С Внаслідок цього відношення температури залежить від механізмів випромінюючої і домінуючої невипромінюючої рекомбінації всередині СВД На фіг 4Ь також показано, що при температурі 10°С вихідна потужність в позитивній люмінесценції складає Ррі, а при температурі 25°С вихідна потужність в позитивній люмінесценції меншає до Ррг У разі негативної люмінесценції (емісія при напрузі зворотного зміщення) з фіг 4а можна бачити, що є стійке збільшення інтенсивності із зміною температури від величини нижче за 0°С до приблизно 35°С В результаті цього СВД знаходиться в стані зворотного насичення по всьому цьому інтервалу температур, так що інтенсивність негативної люмінесценції передусім пов'язана з процесами випромінювання всередині СВД Це також показане на фіг 4Ь, на якій при температурі 10°С вихідна потужність негативної люмінесценції складає Рш, а при температурі 25°С вихідна потужність негативної люмінесценції має більш високу інтенсивність (тобто, є більш негативної), рівну PN2 Однак, вибираючи правильний рівень напруги для прямого і зворотного зміщення, по вибраних інтервалах температур, зміна позитивної люмінесценції при температурах від 10°С до 25°С можна робити по суті таким же урівноваженим, як і за допомогою зміни негативної люмінесценції Це спричиняє збільшення постійної різниці між вихідною потужністю позитивної люмінесценції і негативної люмінесценції для кожного циклу Це показано на фіг 4Ь, тому що dPi = dP2 Отже, віддають перевагу рівню знаходження прямого і зворотного зміщення вибирати так, щоб при прямому зміщенні зміна вихідної потужності СВД із зміною температури була по суті рівною ЗМІНІ вихідної потужності СВД із зміною температури при зворотному зміщенні і урівноважувалося їм по вибраному інтервалу температур Підключення СВД, представленого на фіг 4а, почерговою вхідною напругою прямого і зворотного зміщення так, щоб СВД працював з почерговою позитивною і негативною люмінесценцією, температурні залежності, показані на фіг 4а, можна зробити такими, що врівноважують один одного у вибраних інтервалах температур між 0°С і 35°С Таким чином, меншає чутливість до температури різниці вихідної потужності між позитивною люмінесценцією і негативною люмінесценцією Інтервали температур, в яких досягається зменшена чутливість до температури, відповідають практичним робочим температурам світловипромінювальних ДІОДІВ ІЧ-діапазону Це дозволяє пристроюй СВД за даним винаходом приводити в дію більш спрощеною технікою стабілізування температури Для поліпшення стабілізування температури вхідна напруга прямого і зворотного зміщення, що чергується, чергується через однакові проміжки Зокрема віддають перевагу, щоб період і/або величина вхідної напруги прямого зміщення були по суті однаковими в послідовних циклах позитивної люмінесценції, а період і/або величина вхідної напруги зворотного зміщення - по суті однаковими в послідовних циклах негативної люмінесценції Однак період і/або величина вхідної напруги прямого зміщення не повинні бути такими ж, як ВІДПОВІДНІ період і/або величина вхідної напруги зворотного зміщення Щоб досягти максимальної вихідної потужності, при одночасному досягненні температурної стабілізації, рівень напруги зворотного зміщення вибирають таким, щоб він дав максимальну негативну люмінесценцію при максимальній температурі у вибраному інтервалі температур роботи Потім вибирають рівень напруг прямого зміщення, як описано вище Позитивна і негативна люмінесценція описаних тут світловипромінювальних ДІОДІВ збільшуються у разі рівнів зміщення, що прикладаються, наприклад, при збільшенні струму зміщення, доки станеться насичення при зворотному зміщенні Отже, щоб досягати максимальних вихідних потужностей при одночасному досягненні температурного стабілізування, вважають за краще вибирати рівень напруги зворотного зміщення так, щоб він був мінімально необхідним для формування струму, близького 57845 до струму насичення У переважному варіанті здійснення частота вхідного сигналу зміщення, що чергується складає щонайменше 1 Гц і переважно щонайменше 5Гц Частота вхідного сигналу зміщення, що чергується повинна бути досить високою, щоб залежні від температури зміни вихідної потужності протягом напівперюду сигналу (тобто залежні від температури зміни вихідної потужності протягом кожного періоду напруги прямого зміщення або зворотного зміщення) були незначними Верхня межа для частоти обмежується тільки через не миттєву реакцію СВД ІЧ-діапазону на зміни між прямим і зворотним зміщеннями Даний винахід повинен бути ефективним до частот, що становлять щонайменше декілька десятків мегагерц У переважному варіанті здійснення світловипромінювальний діод випускає випромінювання на інфрачервоних довжинах хвиль в діапазоні 3 13 мікрон В наступному переважному варіанті здійснення світловипромінювальний діод утворений з вузькозонного напівпровідникового матеріалу Згідно З третім аспектом даного винаходу забезпечується пристрій датчика, що включає в себе світловипромінювальний діод ІЧ-діапазону, який є температурно стійким, як описаний вище Світловипромінювальний діод згідно із даним винаходом призначений для використання в більшості типів датчиків, що вимагають джерело інфрачервоного випромінювання, в конкретних газових датчиках Даний винахід забезпечує пристрій світловипромінюючого діода ІЧ-діапазону з температурною стабілізацією і містить світловипромінюючий діод ІЧ-діапазону і засіб збудження для подачі вхідної напруги прямого і зворотного зміщення, що чергується, на світловипромінювальний діод Даний винахід буде тепер описаний з посиланням на наступні креслення, на яких Фіг 1 схематично ілюструє структуру напівпровідникового світловипромінювального діода (СВД) ІЧ-діапазону, призначеного для використання в пристрої, відповідному справжньому винаходу Фіг 2 графічно ілюструє зміну граничних енергій зони провідності і зони валентності вздовж СВД згідно з фіг 1 Фіг 3 схематично ілюструє напівпровідникову гетероструктуру, що вирощується для виробництва пристрою згідно з фіг 1 Фіг 4а представляє графік, що ілюструє температурну залежність позитивної люмінесценції вихідної потужності типу СВД, показаного на фіг1, при напрузі прямого зміщення, і негативної люмінесценції типу СВД, показаного на фіг 1, при напрузі зворотного зміщення Фіг 4Ь ілюструє єдині цикли позитивної і негативної люмінесценції для типу СВД, показаного на фіг 1, при температурах 10°С і 25°С Фіг 5 схематично ілюструє схему збудження для СВД згідно фіг 1 Фіг 6 ілюструє сигнал збудження напруги типу прямокутного імпульсу, який може поступати в схему збудження згідно фіг 5 Фіг 7 схематично ілюструє детектор на прису 8 тність газу (газовизначник), в якому використовується СВД згідно фіг 1 Фіг 8а - 8с показують температурну залежність різниці вихідної потужності між позитивною і негативною люмінесценціями пристрою СВД, ВІДПОВІДНО до даного винаходу Фіг 9 ілюструє спектри вихідної емісії трьох зразків типу СВД, показаного на фіг 1 Розглядаючи спочатку фіг 3, зазначимо, що тут схематично показана напівпровідникова гетероструктура (10), призначена для конструювання СВД згідно із даним винаходом Гете ростру ктура (10) заснована на вузькозонному матеріалі ІНДІЄВОГО антимоніду (InSb) і містить сплави ІНДІЄВОГО антимоніду (InSb) і індій-алюмінієвого антимоніду (Іпі х AlxSb) Альтернативні ВІДПОВІДНІ гетероструктури можуть бути засновані, наприклад, на вузькозонному матеріалі ртутно-кадмієвого телуриду або ртутно-цинковому телуриду Є чотири області напівпровідникового матеріалу сильно легована область (12) р-типу (р + ), відносно широкозонна сильно легована область (14) р-типу (р ), слабо легована область (16) р-типу (р) і сильно легована область (18) n-типу (п + ) В цьому описі верхній індекс "мінуса" (-) або "плюса" (+) вказує слабе або сильне легування, ВІДПОВІДНО, а відсутність верхнього індексу вказує проміжний рівень легування Нижня риска (_) вказує матеріал з широкою заборонною зоною відносно заборонної зони матеріалу, позначеного без нижньої межі Структура (10) має гетероперехід (20) р + - 2 І гетероперехід (22) |/ - р і гомоперехід (24) р -п+ Потрібно зазначити, що слабо легована область (16) р-типу (р) може як альтернатива містити слабо легований матеріал n-типу (п ) Гетероструктуру (10) нарощують в системі МВЕ (епітаксії молекулярних пучків) на підкладці (26) InSb Поруч з підкладкою (26) нарощується буферна і температурна ЛІНІЙНО наростаюча область (28), в той час як систему МВЕ правильно встановлюють для нарощування гетероструктури (10) Температура нарощування становить приблизно 420°С, а темп нарощування становить 0,5мікрон/годину Виготовлення мезадюда виконують, використовуючи стандартний метод фотолітографії на гете ростру ктур і (10) з метою визначення структури ХІМІЧНИМ труїнням Р + -область (12) має ширину приблизно 2 мікрона, р область (16) має ширину порядку 1 - З мікрона, а п + -область (18) має ширину приблизно 1 мікрон, і всі вони виготовлені з матеріалу InSb, який має заборонену зону 0,17 еВ при кімнатній температурі, Р_^-область (14) зроблена з Іпо 85АІ0 isSb і має ширину 0,02 мікрона Іпо esAlo isSb має заборонену зону при кімнатній температурі, рівну 0,43 еВ, в два рази більше, ніж заборонена зона InSb Легуючими домішками є кремній (Si) ДЛЯ n-типу і берилій (Be) для р-типу Додавання добавок в областях (12) і (14) становить 5х10 1 8 атомів/см 3 , в області (16) - 1х10 1 5 атомів/см 3 , а в області (18) - З х Ю 1 8 атомів/см 3 Звертаючись тепер до ф і г 1 , зазначимо, що тут схематично показаний напівпровідниковий СВД (ЗО) Частини, загальні з фіг 1 і 3, мають 57845 аналогічні посилальний позиції Як буде описано нижче, 2 І - Р перехід (22) утворює накопичувальний контакт при напрузі прямого зміщення і не допускає контакту при напрузі зворотного зміщення, р - п + - перехід (24) утворює інжектуючий контакт при напрузі прямого зміщення і витягуючий контакт при напрузі зворотного зміщення Електроди для діода (ЗО) забезпечуються в місцеположеннях (32) і (34) для додатку напруга зміщення Область (12) забезпечує вузькозонну область, до якої можна прикріпляти електрод (32), і ширина цієї області має бути більшою, ніж дифузійна довжина електронів, тобто більше, ніж приблизно ЮОнм Область (14) повинна мати достатню ширину, щоб по суті запобігати тунелюванню неосновних носив заряду від області (16) до області (12), тобто - більш широка, ніж приблизно Юнм На фіг 2 показані криві (40) і (42), що графічно ілюструють зміну енергій Ес і Ev кордону зони електропровідності і валентності, ВІДПОВІДНО, вздовж діода (10), при нульовому зміщенні Пунктирні лінії (44), (46) і (48) показують положення переходів (20), (22) і (24), ВІДПОВІДНО Пунктирна ЛІНІЯ (50) показує рівень EF Фермі через діод (ЗО) Р^-область (14) виробляє потенційний бар'єр (52) в зоні Ес електропровідності, який запобігає проходженню неосновного носія (електронів) від робласті (16) до р+-області (12) Світловипромінювальний діод (ЗО) працює таким чином При подачі напруги прямого зміщення за допомогою здійснення контакту (32), що має позитивну напругу відносно контакту (34), основні носи від кожної сторони р-п+-переходу (24) перетинають перехід і поступають в матеріал на ІНШІЙ стороні, де вони є неосновними носіями Таким чином, електрони переходять з п+-області (18), В ЯКІЙ ВОНИ Є ОСНОВНИМИ НОСІЯМИ, В р область (16), в якій вони є неосновними носіями, і таким чином спричиняють збільшення заселеності неосновних носіїв Надлишок неосновних носив в р-області дифундує з р-п+-переходу (24), але наростання неосновних носив в р-області (16) є дуже ефективним, тому що неосновні носи в робласті накопичуються в {/-області (14) за допомогою потенційного бар'єра (52) Надлишок неосновних носив в р-області випромінювальним чином рекомбінує з основними носіями, і внаслідок цього вони генерують фотони інфрачервоної довжини хвилі, які випускаються діодом (ЗО) Це викликає позитивну люмінесценцію діода (ЗО) При зворотному зміщенні, коли на контакті (32) є негативна напруга відносно контакту (34), неосновні носи заряду від кожної сторони р-п + переходу (24) перетинають перехід і входять в матеріал на ІНШІЙ стороні, де вони є основними носіями Таким чином, електрони з р -області (16), в якій вони є неосновними носіями, переходять в п+-область (18), в якій вони є основними носіями зарядів, і таким чином спричиняють зменшення заселеності неосновних носив р-області (16) Це добуття неосновних носіїв з р-області (16) є дуже ефективним, тому що запобігається перехід неосновних носіїв з р+-області (12) в робласть (16) за допомогою потенційного бар'єра 10 (52) Зменшення неосновних носив в низьколегованій р-області має ефект зменшення подій випромінювальної емісії, що з'являються в р області (16), і викликає відносну негативну люмінесценцію діода (ЗО) Матеріал і легування щонайменше для області (18) вибирають так, щоб область (18) була прозорою для фотонів, що виробляються за допомогою рекомбінації пов'язаних електроннодирочних пар в р-області (16) Таким чином, фотони, що виробляються в р-області (16), можуть бути спарені прямо з р-області (16) і непрямо з п+-області (18) На фіг 4а показано ЛІНІЄЮ (а) зміна вихідної потужності, що випускається із зміною температури в °С для СВД, подібного СВД (ЗО) на фіг 1, у разі прямого зміщення струмом збудження ЮОмА позитивної прямокутної хвилі з частотою 1 кГц На фіг 4а помітна сильна залежність вихідної потужності від температури, і можна бачити, що вихідна потужність меншає приблизно ЛІНІЙНО ІЗ збільшенням температури між приблизно 0 і 50°С На фіг 4а також показано ЛІНІЄЮ (Ь) зміна негативної люмінесценції (інвертованої відносно температурної ВІСІ) ІЗ ЗМІНОЮ температури в °С для того ж самого СВД при реверсованому зміщенні струмом збудження ЮОмА позитивної прямокутної хвилі з частотою в 1 кГц Можна бачити, що інвертована негативна люмінесценція збільшується приблизно ЛІНІЙНО із збільшенням температури між приблизно 0 і 35°С Згідно ІЗ даним винаходом СВД (ЗО) збуджується струмом зміщення полярності, що чергується, між станом позитивної люмінесценції і негативної люмінесценції, щоб досягти температурної стабілізації різниці між вихідною потужністю в позитивній і негативній люмінесценції Це показано на фіг 4Ь, на якій при температурі 10°С вихідна потужність в позитивній люмінесценції складає Ррі, а при температурі 25°С вихідна потужність в позитивній люмінесценції зменшується до Ррг Порівняємо це з положенням на фіг 4Ь, в якому при температурі 10°С вихідна потужність в негативній люмінесценції Рімі і при температурі 25°С вихідна потужність в негативній люмінесценції має велику інтенсивність (тобто, є більш негативною), рівну PN2 Можна бачити, що завдяки вибору правильного струму зміщення для прямого і зворотного зміщення, по всіх вибраних інтервалах температур, зміна позитивної люмінесценції при температурах від 10°С до 25°С по суті є однаковою із зміною негативної люмінесценції і урівноважується нею Це спричиняє збільшення постійної різниці між позитивною люмінесценцією і негативною люмінесценцією в кожному циклі, як показано на фіг 4Ь, тому що dPi = dP2 Звертаючись тепер до фіг 5, зазначимо, що на ній показаний світловипромінюючий діод (ЗО) в простій схемі збудження Вхідний сигнал на вхідних клемах (34) показаний на фіг 6 і містить сигнал позитивної і негативної хвилі прямокутної форми, що чергується з напругою V, яка змінюється між +vi і -V2 з часом t на частоті 10Гц Коли напруга на ДІОДІ (ЗО) рівна +vi, діод забезпечу 57845 12 11 ється напругою прямого зміщення і таким чином ри, відповідають практичним робочим темперавипускає імпульс позитивної люмінесценції ІЧтурам і дозволяють пристрою СВД, відповідному випромінювання (наприклад, як показано на даному винаходу, стабілізуватися простим терфіг 4Ь позиціями (60, 62)) Коли напруга на ДІОДІ моелектричним охолоджувачем (ЗО) рівна - V2, діод забезпечується напругою Спектри вихідної емісії трьох зразків типу зміщення і випускає імпульс негативної люмінесСВД (ЗО), показаного на фіг 1, зображені на фіг 9 ценції (наприклад, як показано на фіг 4Ь позиціяСпектр А являє собою спектр діода InSb ІЧми (64, 66)) Завдяки чергуванню між +vi і -V2, діапазону, типу описаного вище з посиланням на температурна залежність різниці вихідної потужфіг 1 і 3, а спектри В і С представляють спектри ності між імпульсом позитивної люмінесценції і двох різних ДІОДІВ HgCdTe ІЧ-діапазону Можна подальшим імпульсом негативної люмінесценції бачити, що діод InSb може бути корисним як джедіода СВД (ЗО) істотно зменшується (наприклад, рело при виявленні газів NO і NO2, тому що колина фіг 4b dPi при 10°С рівний dP2 при 25°С) по вально-обертальна поглинальна характеристика деяких інтервалах температур, зокрема, в межах сплесків газів NO і NO2 перебуває в межах спектінтервалу температур 0°С - 35°С ра А Точно так само, діод HgCdTe зі спектром В може бути корисним при виявленні газів NO2 і На фіг 8а - 8с показані графіки різниці повної SO2, а діод HgCdTe зі спектром С може бути ковихідної потужності між послідовними вихідними рисним при виявленні газів SO21 Оз імпульсами позитивної і негативної люмінесценції в залежності від температури для СВД описаного Потрібно зазначити, що різниця вихідної повище типу, коли він збуджується, позитивним і тужності між позитивною і негативною люмінеснегативним сигналами, що чергуються, напруга ценціями для різних довжин хвиль в спектрах цих хвилі прямокутної форми частоти ЮкГц, як опиДІОДІВ ІЧ-діапазону не змінює незалежність від сано вище На фіг 8а струм прямого зміщення температури, і тому, коли загальна різниця вихідрівний ЮОмА, а струм зворотного зміщення рівної потужності СВД (ЗО) залишається по суті поний 70мА Як можна бачити на фіг 8а, різниця стійною по всьому інтервалу температур, при вихідної потужності виявляється по суті постійбудь-якій довжині хвилі буде різниця у ВИХІДНІЙ ною по інтервалу температур А приблизно 3°С, в потужності інтервалі приблизно 20 - 23 С На фіг 8Ь струм Фіг 7 схематично ілюструє просту конструкцію прямого зміщення, підведений до СВД, рівний газового датчика (40) ІЧ-діапазону, в якому можЮОмА, а струм зворотного зміщення рівний на використати пристрій СВД згідно з даним ви60MA Як можна бачити на фіг8Ь, різниця вихіднаходом Датчик (40) містить СВД (ЗО), як описаної потужності залишається по суті постійною по ний вище, і збуджується, як описаний вище, зі інтервалу В температур, рівному приблизно 5°С, спектром А, як показано на фіг 9 Світло, що вив інтервалі приблизно 15 - 20°С І нарешті, на пускається СВД (ЗО), направлене в циліндричну фіг 8с струм прямого зміщення, що підводиться світлову трубу (42) параболічним рефлектором до СВД, рівний ЮОмА, а струм зворотного змі(44) КІЛЬКІСТЬ газу, наприклад газу NO2, що підлящення становить 50мА Як можна бачити на гає аналізу, вводиться в трубу (42) СВД (ЗО) вифіг 8с, різниця вихідної потужності залишається пускає випромінювання на частотах, які відповіпо суті постійною по інтервалу С температур, дають різниці між рівнями коливальнорівному приблизно 5°С, в інтервалі приблизно 10 обертальної енергії молекул газу NO2, що підля-15°С гає виявленню (див фіг 9) Якщо газ в трубі (42) містить деяку КІЛЬКІСТЬ NO2, то деяка частина В цей час встановлено, що використовуючи світла, що випускається СВД (ЗО) на характерисструми різних співвідношень прямого і зворотного тичній довжині хвилі приблизно 6,2 мікрона, буде зміщень, діод (ЗО) можна приводити в дію так, поглинатися газом Це тому, що фотони світла, щоб в інтервалі температур до 6°С різниця потущо випускаються діодом, збуджують молекули жності вихідного сигналу ІЧ-діапазону діода змігазу NO2 до більш високого рівня коливальнонювалася менше, ніж на 0,2% Діод (ЗО) можна обертальної енергії Таким чином, пристрій (46) також приводити в дію струмом прямого зміщендетектора, розташований у протилежного кінця ня величиною ЮОмА і струмом зворотного змітруби (42) відносно СВД (ЗО), виявляє сигнал щення величиною 50мА так, щоб в інтервалі темзниженої потужності на характеристичній довжині ператур до 14°С різниця потужності хвилі 6,2 мікрона, пов'язаній з газом N02 інфрачервоного вихідного сигналу діода змінювалася менше, ніж на 1% (див фіг 8с) Крім того, використовуючи різні співвідношення струму прямого і зворотного зміщень, по суті ПОСТІЙНІ інтервали температур А, В і С, які описані вище, можна зсувати по температурі до Ю°С Це показано на фіг 8с, на якій середина стійкої температурної області становить приблизно 12,5°С, в порівнянні з фіг 8а, на якій середина стійкої температурної області рівна 21,5°С Крім того, шум для цих ВІДЛІКІВ був меншим, ніж 0,7% сили вихідного сигналу Описані вище інтервали температур, по яких досягається зменшена чутливість до температу Пристрій (46) детектора може містити один або більше фільтрів (48), які розташовують навпроти ВІДПОВІДНИХ детекторів (50) Комбінацію вихідного спектра СВД (ЗО) і діапазону частот, пропущеного конкретним фільтром (48), можна використати для гарантування, що світло, що досягає конкретного детектора (50), пов'язане з характеристичною довжиною хвилі поглинання конкретного газу, так що сила сигналу, виявленого конкретним детектором (50), може визначати, чи присутній і в якій КІЛЬКОСТІ присутній ВІДПОВІДНИЙ газ в трубі (42) 50 ФІГ і -ve 18 -24 -22 -2O -12 -28 ФІГ з -26 О О Ю 2О ЗО f і емперат>ра ( 'C) 4О ФІГ 4а 34 ЗО ФІГ 5 V О 0 Ю°С 25°С 57845 15 16 ЗО І.О 44 1 • ' ' *' u В ' О.9 О.8 О.7 О.6 О X Ю 15 20 24 температура ( С) Ф1Г.8Ь LO4• - * * - * * : ,,„И„„ц ..И"'* L O О.9 O.9 О.8 O B 0.7 O . 7 1 O.6 О 1 0 20 O . 6 25 о Ю [5 2 0 ft температура ( C) ФІГ 8а А В СН4 С02С0 N0 03 NH3 0.5 0 о довжина ХВИЛІ (мкм) ФІГ Комп'ютерна верстка Т Чепелєва Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна 25