Badanie charakterystyk detektorów promieniowania elektromagnetycznego.

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki WYDZIAŁ ELEKTRONIKI i TECHNIK INFORMACYJNYCH POLITECHNIKA WARSZAWSKA ul. Koszykowa 75, 00-662 Warszawa Badanie charakterystyk detektorów promieniowania elektromagnetycznego. Przygotowali: dr inŝ. Agnieszka Mossakowska-Wyszyńska dr inŝ. Marcin Kaczkan Warszawa 2010

1. Cel ćwiczenia Zapoznanie się z działaniem detektorów: półprzewodnikowego i fotopowielacza oraz ze sposobami pomiaru ich parametrów, a w szczególności czułości spektralnej. 2. Wprowadzenie Detektory są to elementy fotoczułe, słuŝące do wykrycia i pomiaru mocy promieniowania elektromagnetycznego. 2.1. Zasada działania detektora półprzewodnikowego W wyniku padającego na półprzewodnik promieniowania, moŝe powstać w nim prąd nośników ładunków elektrycznych (zjawisko fotoelektryczne) (rys.1). Rys.1. Schemat detektora. Rys.2. Absorpcja i generacja ładunków w detektorze: a) przejście pasmo-pasmo charakterystyczne dla wewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego; b) przejście z poziomu donorowego do pasma przewodzenia dla zewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego typu n; c) przejście z pasma walencyjnego do poziomu akceptorowego dla zewnętrznego zjawiska fotoelektrycznego typu p. Absorbowane mogą być fotony o róŝnej energii (w zaleŝności od zastosowanego półprzewodnika i jego domieszkowania), jak pokazano na rys.2. Powstałe w obecności pola 2

elektrycznego dziury i elektrony poruszają się w przeciwnych kierunkach. Ze względu na rodzaj wykorzystywanego zjawiska fotoelektrycznego, detektory dzieli się na odbiorniki fotoelektryczne wykorzystujące wewnętrzne zjawisko fotoelektryczne oraz odbiorniki fotoelektryczne wykorzystujące zewnętrzne zjawisko fotoelektryczne. Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne - absorbowane fotony powodują generację par elektron dziura (rys.2a), tym samym wzrasta liczba swobodnych nośników ładunków elektrycznych wewnątrz materiału. Wynikiem tego zjawiska jest zmniejszenie rezystancji właściwej półprzewodnika w stopniu zaleŝnym od mocy padającego promieniowania (zjawisko fotoprzewodnictwa), bądź samoistna polaryzacja ciała (ściślej jego złącza p-n), sprawiająca, Ŝe staje się ono źródłem siły elektromotorycznej (zjawisko fotowoltaiczne). Fotoprzewodnictwo wywołane przejściami z pasma do pasma nazywamy fotoprzewodnictwem samoistnym w odróŝnieniu od fotoprzewodnictwa związanego z domieszkami. Napięcie powstałe na zaciskach złącza przy oświetleniu go fotonami o energii większej od szerokości pasma zabronionego, nazywamy napięciem fotoelektrycznym lub fotowoltaicznym. Zjawisko bezpośredniego przetwarzania energii promienistej na energię elektryczną w złączu p-n nazywamy zjawiskiem fotowoltaicznym. Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne wykorzystywane jest w takich półprzewodnikowych elementach optoelektronicznych jak: fotorezystory, fotoogniwa, fotodiody, fototranzystory, fototyrystory. Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne - padające fotony wybijają elektrony z materii. Wykorzystywane jest ono, między innymi, w próŝniowych komórkach fotoelektrycznych, fotopowielaczach, pasywnych wzmacniaczach obrazu. Rys.3. Współczynniki absorpcji róŝnych półprzewodników 3

Na rys. 3 zaprezentowano zaleŝność współczynników absorpcji róŝnych materiałów półprzewodnikowych w funkcji długości fali. 2.2. Klasyfikacja fotodetektorów półprzewodnikowych Istnieje wiele kryteriów klasyfikacji fotodetektorów. Podajemy przykładowe rodzaje klasyfikacji: ze względu na rodzaj wykorzystywanego zjawiska fotoelektrycznego, ze względu na budowę fotodetektora oraz ze względu na zakres widmowy pracy fotodetektora. Do półprzewodnikowych detektorów promieniowania naleŝą miedzy innymi fotodiody, których działanie oparte jest na zjawisku fotoelektrycznym. Ze względu na róŝną budowę fotodiod dzieli się je na diody: konwencjonalne, lawinowe, p-i-n. Fotodiody konwencjonalne zbudowane ze złącza p-n. Są to fotodiody, w których wykorzystuje się zjawisko fotoelektryczne prowadzące do powstania prądu fotoelektrycznego wewnątrz złącza. Na rys.4 pokazano typową konstrukcję tych fotodiod. a) b) kontakt pokrycie antyrefleksyjne kontakt obszar zuboŝony Rys.4. Konwencjonalna fotodioda: a) wygląd zewnętrzny fotodioda p-n BPW20RF VISHAY; b) schemat włączenia fotodiody do obwodu. Aby lepiej pokazać zasadę działania fotodiody, poniŝej zobrazowano rozkład nośników w złączu krzemowym p-n rys.5 oraz złącze oświetlone rys.6. 4

Rys.5. Złącze p-n, nośniki swobodne obrysowano pojedynczym kołem: a) przed połączeniem warstw p oraz n; b) po złączeniu warstw złącza. Rys.6. Oświetlone złącze p-n. Padające fotony powodują generacje par elektron dziura tworzących prąd fotoelektryczny. W złączu p-n powstaje prąd fotoelektryczny I p. Fotodioda jest włączona szeregowo w obwód zasilania i spolaryzowana napięciem wstecznym rys.7. a) Rys.7. Zasada działania fotodiody: a) struktura pasma energetycznych z zaznaczonym obszarem dryftu i dyfuzji; b) graficzna prezentacja absorpcji promieniowania; c) schemat podłączenia fotodiody. c) 5

Charakterystyki I-U fotodiody dla róŝnych wartości oświetlenia pokazano na rys.8. fotoogniwo fotodioda Rys.8. Charakterystyki prądowo-napięciowe fotodiody konwencjonalnej dla róŝnych wartości oświetlenia, P 1 - moc padającego promieniowania. Przy braku oświetlenia w fotodiodzie płynie niewielki prąd "ciemny" I 0, który tworzą głównie nośniki mniejszościowe. Prąd "jasny" I L, płynący przez oświetlone i spolaryzowane w kierunku wstecznym złącze p-n jest równy I L =I p - I 0. NatęŜenie prądu fotoelektrycznego I p diody konwencjonalnej rośnie proporcjonalnie do wzrostu mocy promieniowania. Konstrukcje struktur fotodiod konwencjonalnych krzemowych dla róŝnych długości fal promieniowania widma detekowanego pokazano na rys.9. Rys.9. Konstrukcje struktur fotodiod konwencjonalnych dla róŝnych długości fal widma detekowanego: a) struktura podstawowa; b) struktura dla detekcji promieniowania krótkofalowego; c) struktura z barierą Shottky ego. 6

Struktura na rys.9a jest wykorzystywana na zakres promieniowania 450nm do 600nm, natomiast struktura z rys.9b na zakres około 3µm. W strukturze tej (rys.9b) zastosowano warstwę antyodblaskową o grubości około 0.1µm warstwy SiO 2, która odbija padające nań promieniowanie długofalowe. Struktura z barierą Schottky'ego (rys.9c) detekuje falę o długości 900nm, posiada warstwę antyodblaskową dla promieniowania długofalowego, cienką półprzepuszczalną warstwę metalową dla promieniowania krótkofalowego, dyfuzyjny pierścień ochronny typu p (zapewnia lepszy rozpływ prądów i eliminuje szkodliwe zjawisko przebić krawędziowych) oraz warstwę dwutlenku krzemu o grubości około 0.2µm. Fotodiody z barierą Schottky'ego mogą być wytwarzane o duŝym polu powierzchni światłoczułej. Ze wzrostem wartości napięcia wstecznego polaryzacji wzrasta równieŝ grubość obszaru ładunku przestrzennego, co jest wymagane przy pracy fotodiod na w.cz.. Na rys.10 pokazano złącze w fotodiodzie z barierą Schottky'ego oraz rozkład pasm energetycznych dla połączenia metalu z dwoma rodzajami półprzewodnika. Rys.10. Złącze Schottky'ego, obszar o szerokości W to warstwa zuboŝona. a) powierzchnia metal półprzewodnik typu n przy φs < φm; b) powierzchnia metal półprzewodnik typu p przy φs > φm. Podstawowe charakterystyki krzemowej fotodiody typu BPY12 przedstawiono na rys.11, 12 i 13 (zgodnie z katalogiem Siemens). 7

Rys.11. Charakterystyki fotodiody, (od lewej): czułość, prąd fotoelek., rozpraszanie mocy. Rys.12. Charakterystyki fotodiody, (od lewej): prąd ciemny w funkcji napięcia, pojemność, prąd ciemny w funkcji temperatury. Rys.13. Charakterystyka fotodiody - charakterystyka kątowa czułości w funkcji kąta padania promieniowania. 8

Fotodioda p-i-n jest to dioda, w której wykorzystuje się zjawisko fotoelektryczne i w której poprzez zastosowanie obszaru wysokorezystywnego "i" (tzw. obszar samoistny) uzyskuje się większą czułość i prędkość działania niŝ w diodach konwencjonalnych (rys.14, 15, 16 i 17). Rys.14. Struktura fotodiody p-i-n: a) symbol graficzny fotodiody; b) struktura z wyprowadzeniami anody A i katody K. Rys.15. Struktura fotodiody p + -i-n + (o obszarach p + oraz n + silnie domieszkowanych). Rys.16. Zasada działania fotodiody p-i-n. W obszarze o samoistnym szerokości W, pod wpływem padającego promieniowania następuje generacja par elektron dziura: a) struktura bariery energetycznej diody spolaryzowanej zaporowo; b) złącze p-i-n. 9

BPW34 VISHAY BPW24R VISHAY SFH203 OSRAM Rys.17. Struktury fotodiod p-i-n w obudowach. Przy polaryzacji wstecznej struktury p-i-n, obszar ładunku przestrzennego znajduje się głównie w warstwie typu i. W momencie zajęcia przez ładunek przestrzenny całej warstwy typu i fotodioda zaczyna reprezentować pojemność. Wartość tej pojemności zmienia się przy wzroście napięcia na fotodiodzie tym mniej, im większą rezystywność ma obszar typu i. Taka polaryzacja umoŝliwia skrócenie czasu przelotu dziur i elektronów, a tym samym zwiększenie prędkości działania. Względną charakterystykę widmową czułości diody p-i-n przedstawiono na rys.18. Rys.18. Względna charakterystyka widmowa czułości fotodiody p-i-n typu BPW34 VISHAY. W fotodiodach lawinowych (z ang. avalanche photodiode ADP) wykorzystuje się wewnętrzne zjawisko fotoelektryczne i zjawisko lawinowego powielania nośników ładunku. Strukturę takiej fotodiody pokazano na rys.19 i 20. Rys.19. Krzemowa struktura fotodiody lawinowej: a) symbol graficzny fotodiody; b) struktura z wyprowadzeniami anody A i katody K. 10

Rys.20. Struktura fotodiody ADP, która wykazuje wewnętrzne wzmocnienie, realizowane przez lawinowe powielanie generowanych pod wpływem padającego światła nośników. Krzemowe fotodiody lawinowe wskutek występowania w nich powielania nośników ładunku, powstałych w wyniku oświetlania złącza p-n spolaryzowanego wstecznie, charakteryzują się lepszymi własnościami od fotodiod konwencjonalnych, a w szczególności wielokrotnie większą czułością, prędkością działania i sprawnością kwantową wewnętrzną. Do detekcji promieniowania w zakresie bliskiej podczerwieni od 0.8 do 0.6µm są stosowane krzemowe diody lawinowe ze złączem p + -p-n (rys.21). Rys.21. Struktura krzemowej fotodiody lawinowej do detekcji promieniowania w zakresie bliŝszej podczerwieni. Warstwa π-si o duŝej rezystywności umoŝliwia uzyskanie głębokiego obszaru ładunku przestrzennego. Właśnie w niej odbywa się generacja par elektron dziura. W obecności duŝego pola elektrycznego, lawinowe powielanie nośników ładunku zachodzi 11

w cienkim złączu p-n +. Aby zapobiec stratom prądu generowanego w tym złączu wykonuje się specjalny pierścień z warstwy n +, jak zaznaczono na rysunku 21 (obszar guard ring ). PoniŜej przedstawiono przykład diod lawinowych oraz ich charakterystyki kwantowej sprawności, rys.22 i 23. Rys.22. Krzemowe fotodiody lawinowe w obudowach, seria C30902 PERKINELMER. Rys.23. Charakterystyki sprawności kwantowej fotodiod lawinowych C30902 PERKINELMER przy róŝnych temperaturach pracy. 12

2.3. Budowa i zasada działania fotopowielacza Fotopowielacz jest detektorem fotonowym, w którym następuje zamiana strumienia fotonów na prąd elektronów. Zbudowany jest w postaci lampy próŝniowej zawierającej fotokatodę, dynody (elektrody na których następuje powielanie elektronów), anodę i elementy dodatkowe (np. doprowadzenia elektryczne, soczewka elektronowa). Schemat budowy i zasadę działania typowego fotopowielacza ilustruje rys. 24. U podstaw działania fotopowielacza leŝą: zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne i emisja wtórna elektronów. Rys. 24. Zdjęcie typowej lampy fotopowielacza (po prawej) oraz schemat ilustrujący budowę i zasadę działania (po lewej) Rejestrowane promieniowanie przechodzi przez okienko wejściowe i pada na fotokatodę. JeŜeli energia padającego fotonu E = hν jest większa lub równa pracy wyjścia elektronu W, elektron opuszcza fotokatodę i porusza się z energią kinetyczną E k, której wielkość jest określona zaleŝnością: E = hν = W + E k. Wartość pracy wyjścia elektronu zaleŝy od materiału fotokatody i wyznacza długofalowy zakres spektralny fotopowielacza: λ max =hc/w, gdzie h stała Plancka, c prędkość światła w próŝni. Ograniczenie krótkofalowe zakresu pracy fotopowielaczy wynika z charakterystyki transmisji materiału okienka lampy fotopowielacza, a nie samej fotokatody. Dla fotopowielaczy pracujących w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni fotokatody wykonuje się z półprzewodników lub metali alkalicznych, posiadających niską pracę wyjścia dla elektronów. Innym podstawowym 13

parametrem fotokatody jest tzw. wydajność kwantowa, definiowana jako stosunek liczby emitowanych fotoelektronów do liczby padających fotonów. Wydajności kwantowe współczesnych fotopowielaczy z fotokatodą półprzewodnikową są rzędu 20-30%, podczas gdy fotokatody metaliczne charakteryzują się wydajnościami nie przekraczającymi 0,1%. Na rys. 25 pokazane są przykładowe charakterystyki czułości typowych fotopowielaczy firmy Hamamatsu. Rys. 25. Typowe charakterystyki czułości fotopowielaczy firmy Hamamatsu. Elektrony wyemitowane z fotokatody są przyspieszane w polu elektrycznym i kierowane na pierwszą dynodę. W wyniku emisji wtórnej na dynodzie następuje zwielokrotnienie liczby elektronów (wzmocnienie prądu). Elektrony wtórne są przyspieszane w polu elektrycznym i padają na następną dynodę powodując kolejne akty zwielokrotniania ilości elektronów. W rezultacie po wielostopniowym wzmocnieniu do anody dociera lawina elektronów. Efektywność powielania opisuje współczynnik emisji wtórnej δ określający średnią liczbę elektronów wtórnych przypadających na jeden elektron padający. Wielkość δ zaleŝy od róŝnicy potencjałów pomiędzy kolejnymi dynodami U d : δ k U d, gdzie k jest współczynnikiem proporcjonalności. 14

Prąd anodowy fotopowielacza osiąga wartość wzmocnioną G-krotnie względem wartości prądu emisji z fotokatody: G = δ N (k U d ) N gdzie N jest ilością stopni powielania elektronów w fotopowielaczu. Powielacz elektronowy składa się z kilku do kilkunastu dynod. Aby elektrony wybite z jednej dynody trafiły w następną i wybiły z niej odpowiednią liczbę elektronów wtórnych kaŝda następna dynoda posiadać musi wyŝszy potencjał elektrostatyczny. Uzyskuje się to poprzez zasilanie fotopowielacza z zasilacza wysokiego napięcia przez oporowy dzielnik napięcia, jak pokazano na rys. 26. Typowe wartości napięcia V przyłoŝone między fotokatodą i anodą wynoszą 1-2 kv, czyli dla fotopowielacza z 10 dynodami róŝnica potencjałów między kolejnymi dynodami jest rzędu 100-200 V. W praktycznych rozwiązaniach fotopowielaczy stosowane są fotokatody tlenkowo-cezowe (np. Ag-O-Cs) lub stopowe wieloalkaliczne (np. Na-K-Sb-Cs). Liczba stopni powielania elektronów wynosi od 9 do 12, a wartość współczynnika emisji wtórnej dla materiału dynod (stopy Ag-Mb, Sb-Cs lub Cu-Be) jest rzędu 3-5. Uzyskiwane wzmocnienie prądowe osiąga wartości 10 6 10 9, a czułość anodowa fotopowielacza moŝe dochodzić do 10 5 A/lm. KATODA DYNODY ANODA WYJŚCIE ZASILACZ Rys. 26. Schemat typowego układu zasilania fotopowielacza 2.4. Parametry fotodetektorów Fotodetektory opisuje się podając ich parametry fotoelektryczne, mechaniczne oraz inne. Do głównych parametrów fotoelektrycznych naleŝą: czułość fotodetektora, detekcyjność oraz detekcyjność znormalizowana. Parametry mechaniczne określają rodzaj stosowanej obudowy i jej wymiary, masę fotodetektora oraz jego powierzchnię światłoczułą, której wielkość rzutuje na inne parametry. 15

Większość fotodetektorów pracuje w zakresie, w którym wyjściowy sygnał elektryczny jest proporcjonalny do sygnału padającego nań promieniowania. Stosunek przyrostów tych sygnałów nosi nazwę czułości. W zaleŝności od rodzaju sygnału wyjściowego wyróŝniamy: Czułość napięciową S n gdzie: U p - napięcie fotowoltaiczne, - moc promieniowania P e oraz czułość prądową S I gdzie: I p - prąd fotoelektryczny, - moc promieniowania. P e S S n I U p = P e e I p = P Czułość fotodetektora zaleŝy od długości fali padającego promieniowania λ, częstotliwości modulacji promieniowania f, powierzchni światłoczułej A, a takŝe od rezystancji obciąŝenia R L. Ze względu na zaleŝność czułości od długości fali, zwykle podawana jest monochromatyczna czułość widmowa dla określonej długości fali. Kolejnym parametrem fotodetektorów jest moc równowaŝna szumom NEP (od ang. Noise Equivalent Power) czyli najmniejsza moc promieniowania, która moŝe być odebrana przez fotodetektor. Mówiąc inaczej, jest to taka moc padająca na fotodetektor, dla której stosunek sygnału do szumu jest równy jedności. Przy danej mocy promieniowania padającego na fotodetektor większy sygnał na wyjściu uzyskuje się w fotodetektorze o większej czułości, jednakŝe mniejszą moc moŝna wykryć za pomocą tego fotodetektora, który ma mniejszą moc równowaŝną szumowi. Odwrotność mocy równowaŝnej szumom nazywana jest detekcyjnością D. Detekcyjność charakteryzuje zdolność fotodetektora do reagowania na najmniejszą moc promieniowania elektromagnetycznego 1 D =. NEP ZaleŜy ona od tych samych parametrów co i czułość S. Detekcyjność znormalizowana D * dla danej długości fali jest to odwrotność mocy równowaŝnej szumom pomnoŝonej przez pierwiastek z iloczynu powierzchni detektora przez szerokość pasma detekcji * A f D =, NEP 16

gdzie: A - pole powierzchni detektora, f - szerokość pasma detekcji, NEP - moc równowaŝna szumom. Charakterystyki widmowe detekcyjności fotodetektorów wykonanych z róŝnych materiałów, działających w oparciu o zjawisko fotoprzewodnictwa i fotowoltaiczne, przedstawiono na rys.27. Rys.27. Charakterystyki widmowe detekcyjności fotodetektorów: a) fotoprzewodnościowych; b) fotowoltaicznych. KaŜdy fotodetektor pracuje w typowym dla niego widmowym zakresie pracy, który jest częścią jego charakterystyki widmowej. Charakterystyka ta wyraŝa zaleŝność czułości elementu w funkcji długości fali padającego nań promieniowania monochromatycznego rys.28. 17

Rys.28. Charakterystyka widmowa foto-detektora krzemowego z zaznaczonymi wartościami charakterystycznych parametrów. Charakterystykę widmową opisuje się zazwyczaj podając graniczne długości fali λ 0, λ max (czułość osiąga maksimum) oraz długość fali λ 1/2, dla której czułość spada do połowy swojej wartości maksymalnej. Z punktu widzenia właściwego wyboru warunków pracy fotodetektora najbardziej przydatna jest charakterystyka prądowo-napięciowa, a właściwie rodzina tych charakterystyk dla róŝnych wartości natęŝenia padającego nań promieniowania. Ogólnie moŝna ją zapisać jako f I = ( U ) gdzie: I - natęŝenie prądu przepływającego przez fotodetektor, U - napięcie na zaciskach fotodetektora, I e - natęŝenie promieniowania padającego na fotodetektor. I e Charakterystyka prądowo-napięciowa pozwala wyznaczyć zakresy pracy poszczególnych fotodetektorów oraz punkty pracy przy określonym obciąŝeniu. Na podstawie rodziny charakterystyk prądowo-napięciowych moŝna ponadto określić czułość fotodetektora oraz maksymalne, moŝliwe do uzyskania, wartości amplitud prądu i napięcia. Poza wymienionymi wspólnymi parametrami elektrycznymi, kaŝdy rodzaj fotodetektorów ma swoje specyficzne parametry w związku z odmiennym funkcjonowaniem. Dla fotodiod, na przykład, istotną wielkością jest maksymalne napięcie wsteczne, a dla fotoogniw wartość napięcia nieobciąŝonego fotoogniwa oraz wartość jego prądu zwarcia, inne wielkości definiuje się dla fototranzystorów. Wszystkie te wielkości, zarówno prądy, jak i napięcia, są związane z charakterystykami prądowo-napięciowymi tych fotodetektorów. Częstotliwość graniczna f g jest to taka częstotliwość modulacji promieniowania, przy której sygnał fotodetektora maleje o 3 db w stosunku do maksymalnej wartości. Prędkość działania fotodetektorów jest określona przez częstotliwość graniczną lub czas narastania oraz opadania impulsu prądu fotoelektrycznego będącego odpowiedzią na prostokątny impuls świetlny. Ilustruje to rys.29, na którym zastosowano następujące oznaczenia: I p - prąd fotoelektryczny (lub fotoprąd); t - czas; t i - czas trwania impulsu prądu 18

fotoelektrycznego; t r - czas narastania impulsu prądu fotoelektrycznego; t f - czas opadania impulsu prądu fotoelektrycznego. amplituda t i Rys.29. Typowa odpowiedź detektora na: a) impuls fotoelektryczny, b) kwadratowy impuls fotoelektryczny. Czas narastania impulsu prądu fotoelektrycznego t r jest to czas między momentami, w których impuls prądu fotoelektrycznego narasta od wartości 0.1 do wartości 0.9 amplitudy impulsu prądu fotoelektrycznego przy określonej rezystancji obciąŝenia, określonym napięciu polaryzacji, określonej długości fali i amplitudzie impulsu prądu fotoelektrycznego (rys.29). Czas narastania impulsu prądu fotoelektrycznego t r oraz częstotliwość graniczna f g są związane następującą zaleŝnością empiryczną f g =0.35 t r. Czas opadania impulsu prądu fotoelektrycznego t f jest to czas między momentami, w którym impuls prądu fotoelektrycznego opada od wartości 0.9 do wartości 0.1 amplitudy impulsu prądu fotoelektrycznego przy określonej rezystancji obciąŝenia, napięcia polaryzacji, długości fali i amplitudzie impulsu prądu fotoelektrycznego (rys.29). 19

3. Cześć zadaniowa Laboratorium obejmuje zbadanie dwóch rodzajów detektorów fotodiody półprzewodnikowej i fotopowielacza. Podczas ćwiczenia naleŝy wykonać pomiar czułości spektralnej wybranego detektora korzystając z następującego układu pomiarowego (rys.30): Rys.30. Schemat układu pomiarowego: ZS - zasilacz stabilizowany, Ź źródło promieniowania, S - soczewka skupiająca, M - monochromator, D - detektor promieniowania, MMP - miernik mocy promieniowania, K - komputer. Ćwiczenie składa się z dwóch części: 1. projektowej, w której naleŝy zaprojektować pomiar czułości spektralnej detektora uwzględniając dyspersję monochromatora; 2. pomiarowej, w której naleŝy wykonać następujące czynności: - justowanie toru optycznego, - wykonanie pomiaru charakterystyki spektralnej detektora, - zapisanie punktów pomiarowych do trzykolumnowego pliku DANE.DAT zawierającego (kolumna 1: długość fali w nanometrach, kolumna 2: zmierzona moc promieniowania dla temperatury źródła T1, kolumna 3: zmierzona moc promieniowania dla temperatury źródła T2), - obliczenie czułości spektralnej przy pomocy programu DETEKTOR.exe, - wykreślenie charakterystyki spektralnej detektora określającej czułość spektralną, - pomiar charakterystyk prądowo-napięciowych fotopowielacza dla róŝnych mocy i długości fali promieniowania świetlnego Sprawozdanie powinno zawierać: tytuł ćwiczenia, datę, imiona i nazwiska członków zespołu, parametry pomiaru (szerokość szczeliny, temperatury źródła dla odpowiednich napięć zasilających zgodnie z rys. 31), krótko sformułowany projekt pomiaru z odpowiednią zaleŝnością, zmierzone charakterystyki i wnioski. 20

Rys.31. Wykres temperatury źródła promieniowania w funkcji napięcia zasilania w ustalonych warunkach. Ćwiczenie kończy omówienie uzyskanych wyników oraz wspólna analiza błędów pomiarowych. 4. Literatura 1. J.Cieślak "Półprzewodnikowe elementy optoelektroniczne," WMON, 1981 2. A.Pawlaczyk "Elementy i układy optoelektroniczne," WKŁ, 1984 3. R.Kingston, Optical Sources, Detectors, and Systems, AP,1995 4. U.Tietze, Układy półprzewodnikowe, WNT, 1996 5. S.Patela, Detektory, Pol. Wroc., 1997-2003 6. M.Johnson, Photodetection and Measurement, McGraw Hill, 2003 7. J.Liu, Photonic Devices, Cambridge UP, 2005 8. E.Rosencher, Optoelectronics, Cambridge UP, 2005 9. M.Grundmann, The Physics of Semiconductors, Springer-Verlag, 2006 10. R.Quimby, Photonics and Lasers, John Wiley & Sons, 2006 11. http://www.vishay.com/photo-detectors 12. http://www.tme.eu/pl/katalog/fotodiody-i-odbiornikipodczerwieni_100139#id_category%3d100139%26cleanparameters%3d1 13. http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/b/p/y/1/bpy12.shtml 14. http://optoelectronics.perkinelmer.com/content/datasheets/dts_c30902.pdf 21