высокоэффективный микроразмерный
датчик Инфракрасного излучения
, ,
,
(г. Саратов, Саратовский государственный университет имени
, *****@***ru)
Термография основанная на регистрации с помощью оптоэлектронных преобразователей инфракрасного (ИК) излучения, пропускаемого или испускаемого живыми тканями, в последнее время приобретает очень важное значение. Инфракрасное излучение несет с собой информацию о находящихся под кожей человека или животного тканях и позволяет видеть детали, неразличимые при визуальном осмотре [1]. Например, на получаемых ИК изображениях хорошо видны находящиеся близко под кожей вены, так как температура крови выше температуры окружающих сосуды тканей, и они создают более интенсивное ИК излучение, что позволяют обнаруживать места закупорки сосудов, поскольку очаги воспаления имеют температуру более высокую, чем окружающие ткани. Современные методы регистрации ИК излучения позволяют обнаруживать места локализации тромбов или злокачественных опухолей. Вывод информации на компьютер дает возможность за считанные секунды получить ИК изображение (термограмму) исследуемого участка ткани и определить необходимую информацию о нем. Однако использующиеся в настоящее время приборы для регистрации ИК изображений – тепловизоры – являются достаточно громоздкими и дорогими в производстве.
Одним из перспективных материалов для создания оптоэлектронных преобразователей, работающих в ИК диапазоне, является арсенид галлия. Помимо этого, арсенид галлия является нелинейной активной в которой возможно наблюдение ряда эффектов. Так в сильных электрических полях в полуизолирующем GaAs возможно возникновение низкочастотной неустойчивости тока, обусловленной зависящим от напряженности электрического поля сечением захвата электронов на глубокие примесные уровни, образованные компенсирующей примесью [2, 3]. Исследования особенностей проявления этих неустойчивостей в условиях воздействия однородного или локализованного оптического излучения открывают перспективы создания различных электронных, оптоэлектронных и электрооптических элементов и устройств с широкими функциональными возможностями, способных осуществлять прием, обработку, хранение, передачу и отображение сложных информационных сигналов в широком диапазоне частот (от десятков kHz до десятков GHz).
Прототипом такого оптоэлектронного функционального устройства является фоторезисторная планарная структура на основе полуизолирующего n-GaAs, компенсированного хромом, преобразующая изменение мощности оптического излучения видимого и ИК диапазонов в изменение частоты токовых колебаний во внешней электрической цепи [4]. Размер фоточувствительной области структуры составляет десятки микрон и согласно вычислениям может быть уменьшен при соответствующих технологических улучшениях. При этом датчик обладает высокой чувствительностью к оптическому излучению ИК диапазона и линейностью выходной характеристики F(P) (см. рис. 1), что открывает широкие возможности его применения, в том числе в биологии и медицине для регистрации ИК излучения.
Из приведенной на рис. 1 характерной зависимости частоты токовых колебаний от мощности монохроматического излучения ИК диапазона (λ = 680 нм) видно, что при увеличении приложенного к структуре напряжения уменьшается коэффициент частотной модуляции. При этом для значений приложенного напряжения, близких к пороговому (равного 17 В для данной структуры) характерно наличие участка исчезновения токовых колебаний (обозначены стрелками вниз на рис. 1), также зависящего от величины приложенного напряжения.
Рис.1. Характерная зависимость частоты токовых колебаний от
мощности оптического излучения ИК диапазона (для λ = 680 нм)
Таким образом, описанное устройство обладает широкими функциональными возможностями, позволяющими использовать его в качестве микроразмерного измерителя мощности оптического излучения ИК диапазона в широком интервале значений с возможностью управления его чувствительностью, оптически управляемого генератора колебаний тока с широким диапазоном частот (10 – 1000 кГц), логического инвертора с оптическим управлением и др. Данное устройство характеризуется высоким уровнем выходного сигнала, малым энергопотреблением и отработанной технологией изготовления (технология полевых GaAs транзисторов). Малые значения порогового напряжения позволяют без вреда использовать устройство для регистрации и измерения с высокой точностью и разрешающей способностью пропускание и поглощение ИК излучения различных тканей, органов и других биообъектов. Малые размеры и особенности регистрации сигнала датчика позволяют объединение в линейку или матрицу элементов с помощью параллельного соединения общей шиной питания, одновременно являющейся сигнальной, что дает неоспоримое преимущество перед известными аналогами линеек и матриц фоточувствительных элементов.
Библиографический список
1. Ллойд Дж. Системы тепловидения./Пер. с англ. под ред. А. И. Горячева. – М.: Мир, 1978, с. 416.
2. , , Прохоров горячих электронов в структурах эпитаксиальная пленка n-GaAs – полуизолирующая подложка // ФТП. 1984. Т. 18. № 10. С. 1784–1787.
3. Kiyama M., Tatsumi M., Yamada M. Electric-field-enhanced electron capture coefficient of EL2 level in semi-insulating GaAs // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 86. P. 012102-1–012102-3.
4. , , Кожевников однокристальный преобразователь свет-частота на основе высокоомного n-GaAs // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. – 2014. – Т. 17. – № 4. – С. 64-69.
Сведения об авторах
– зав. учебной лабораторией, г
– д. ф.-м. н., профессор, г.
– к. ф.-м. н., доцент, г.
– к. ф.-м. н., ассистент, г.
– зав. лабораторией, дата рождения:
13.121971г.
Вид доклада: устный / стендовый
