Исследование фотоэлектрических свойств АФН-пленок для разработки автономного приемника оптического излучения

Одилжонов, Обиджон Одилжонович Отделение материаловедения (ОМ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Разработанные в данной ВКР методы изготовления АФН-приемников открывают новый шаг для развития оптоэлектронного приборостроения. Предложена классификация вариантов включения АФН-приемников в оптоэлектронных устройствах контроля. Получено аналитическое выражение распределения излучения светоизлучающего диода после взаимодействия с контролируемым объектом, позволяющее определить оптимальную площадь светочувствительной поверхности АФН-приемника.

Введение ……………………………………………………………………………………………………… 13
1 Обзор литературы …………………………………………………………………………………….. 15
1.1 Фотовольтаический эффект в полупроводниках ………………………………… 15
1.2 АФН-эффект в полупроводниковых пленках …………………………………….. 16
1.3 О природе возникновения аномального фотонапряжения ………………….. 23
1.4 Микроскопический механизм АФ эффекта ………………………………………. 27
1.4.1 Асимметрия примесных центров ………………………………………………… 27
1.4.2 Асимметрия рассеяния на примесях и фононах …………………………… 30
1.5 Постановка задачи ……………………………………………………………………………. 35
2 Экспериментальная часть ………………………………………………………………………….. 37
2.1 Методика изготовления эффективных АФН-пленок ………………………….. 37
2.1.1 Технология изготовления пленок CdTe:Ag ………………………………….. 39
2.1.2 Методика увеличения АФН в пленочных структурах типа CdTe …. 41
2.2 Получение отражающих серебрянных покрытий ионной
бомбардировкой …………………………………………………………………………………….. 49
2.2.1 Экспериментальные камеры и измерительная аппаратура …………… 50
2.2.2 Экспериментальные методики ……………………………………………………. 53
3 Результаты исследования ………………………………………………………………………….. 57
3.1 Кинетика АФН-эффекта в пленках типа CdTe …………………………………… 57
3.2 Поглощение излучения в пленках CdTe:Ag ……………………………………….. 63
3.3 Изготовление АФН-приемника …………………………………………………………. 66
3.4 Многоволновые устройства контроля оптических параметров
веществ на основе СИД и АФН-приемников …………………………………………… 69
3.5 Перспективы создания оптоэлектронных приборов для контроля
параметров веществ и материалов на основе АФН-приемника………………. 73
3.6 Выводы по разделу …………………………………………………………………………… 76
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение ……. 78
4.1 Предпроектный анализ ……………………………………………………………………… 78
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………… 78
4.1.2 SWOT-анализ……………………………………………………………………………… 81
4.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации………………………… 82
4.2 Инициация проекта ……………………………………………………………………….. 83
4.2.1 Цели и результаты проекта …………………………………………………………. 83
4.2.2 Ограничения и допущения проекта …………………………………………….. 84
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом ………………… 84
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта ……………………………………… 84
4.3.2 План проекта………………………………………………………………………………. 85
4.3.3 Бюджет научного исследования ………………………………………………….. 86
4.4 Организационная структура проекта …………………………………………………. 90
4.4.1 План управления коммуникациями проекта ………………………………… 91
4.4.2 Реестр рисков проекта ………………………………………………………………… 91
4.5 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования …………………………………………. 93
4.5.1 Оценка абсолютной эффективности исследования………………………. 93
4.5.2 Чистая текущая стоимость (NPV) ……………………………………………….. 93
4.5.3 Оценка сравнительной эффективности исследования ………………….. 97
5 Социальная ответственность …………………………………………………………………… 101
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ….. 101
5.2 Производственная безопасность ……………………………………………………… 103
5.2.1 Анализ вредных производственных факторов и обоснование
мероприятий по их устранению ………………………………………………………… 103
5.2.2 Отклонение показателей микроклимата …………………………………….. 103
5.2.3 Превышение уровня шума и вибрации ………………………………………. 104
5.2.4 Недостаток освещенности рабочей зоны …………………………………… 106
5.2.5 Повышенное значение напряжения в электрической цепи,
замыкание которой может произойти через тело человека …………………. 107
5.3 Экологическая безопасность……………………………………………………………. 108
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях…………………………………………. 108
5.4.1 Пожаровзрывоопасность …………………………………………………………… 108
5.4.2 Анализ вероятных ЧС, которые может инициировать объект
исследования и которые могут возникнуть в лаборатории при
проведении исследований …………………………………………………………………. 109
Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 110
Список использованных источников ………………………………………………………….. 113
Приложение А …………………………………………………………………………………………… 117
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АФ – аномально фотовольтаический эффект
АФН – аномально высокое фотонапряжение
АЦП – аналого-цифровой преобразователь
БОФС – блок обработки фотоэлектрического сигнала
ВАХ – вольт-амперная характеристика
ВОД – волоконно-оптический датчик
ВОЛС – волоконно-оптическая линия связи
ВС – волоконный световод
ЛД – лазерный диод
МНПВО – многократное НПВО
НПВО – нарушение полного внутреннего отражения
ОВ – оптическое волокно
ОК – оптический кабель
ОК – оптический канал
ООК – оптрон открытого канала
ОПП – оптоэлектронный первичный преобразователь
ОЭ – оптоэлектронные элементы
ПЗС – приборы с зарядовой связью
ПОИ – приемник оптического излучения
СИД – светоизлучающий диод
ФД – фотодиод
ФР – фоторезистор
ФТ – фототиристор
ФТТ – фототранзистор
ЧЭ – чувствительный элемент
ЭДС – электродвижущая сила
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
с – скорость света в вакууме
С – электрическая емкость; теплопроводность
Е – энергия
Eq – ширина запрещенной зоны полупроводника
EFn и EFp – энергии уровня Ферми в n- и p-областях

nn и pp – соответственно концентрации электронов в n-области и дырок в p-

области
J – интенсивность падающего света
R0 – темновое сопротивление
Ф – поток оптического излучения
d0 – диаметр оболочки оптического волокна
dc – диаметр сердцевины оптического волокна
– длина волны излучения
L – длина диффузии
τ – время жизни
D – коэффициент диффузии
g – скорость генерации неравновесных носителей заряда
N – число микрофотоэлементов
α – угол освещения пленки

В настоящее время вопросы исследования фотоэлектрических свойств
полупроводниковых пленок привлекают все больше внимания специалистов.
Пленки, обладающие АФН-эффектами, представляют теоретический и
практический интерес при создании первичных преобразователей – приемников
оптического излучения (ПОИ).
Существующие ПОИ и устройства на их основе требуют обязательного
применения источников питания. В них выходное напряжение, создаваемое р-
n-переходом в вентильном режиме заведомо ограничено шириной
запрещенной зоны полупроводника. Одним из перспективных оптических
методов является оптоэлектронный контроль, на основе излучателя и АФН-
приемника, который позволяет исключить внешний источник питания для
ПОИ, снизить вес и габариты, обеспечивает полную электрическую развязку
между цепями светоизлучающий диод ПОИ.
Целью настоящей работы является исследование фотоэлектрических
свойств АФН-пленок на основе CdTe, CdTe:Ag, разработка автономного ПОИ
и создание оптоэлектронного преобразователя для контроля оптических
параметров жидких сред. В связи с чем в работе решаются следующие задачи:
• Анализ существующих методов получения АФН-пленок и
механизмов возникновения АФН-эффекта в пленочных полупроводниковых
соединений: CdTe, CdTe:Ag;
• Выбор оптимального технологического режима изготовления
эффективных АФН-пленок из соединений CdTe, CdTe:Ag и выяснение
механизма возникновения АФН-эффекта;
• Исследование фотоэлектрических свойств АФН-пленок CdTe:Ag;
• Разработка методики увеличения значения АФН в пленочных
структурах;
• Изготовление автономного ПОИ на основе АФН-пленок;
• Создания оптоэлектронных устройств для контроля оптических
параметров жидкостей на основе АФН-приемника.
Практическая ценность работы заключатся в том, что разработанные в
данной магистерской работе методы изготовления АФН-приемников
открывают новый шаг для развития оптоэлектронного приборостроения.
Предложена классификация вариантов включения АФН-приемников в
оптоэлектронных устройствах контроля. Получено аналитическое выражение
распределения излучения светоизлучающего диода после взаимодействия с
контролируемым объектом, позволяющее определить оптимальную площадь
светочувствительной поверхности АФН-приемника.
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Целью данной ВКР являлось исследование фотоэлектрических свойств
АФН-пленок на основе CdTe, CdTe:Ag, разработка автономного ПОИ и
создание оптоэлектронного преобразователя для контроля оптических
параметров жидких сред. В рамках литературного обзора был проведѐн анализ
методик для проведения исследований полупроводниковых источников и
приемников излучения, в том числе тонкоплѐночных АФН-структур и
оптоэлектронных систем, в видимой и ближней инфракрасной области спектра
с применением эффекта НПВО. Проведенный литературный обзор и анализ
текущих исследований в области оптрона открытого канала и АФН-эффекта
В третьем разделе настоящей работы рассмотрены особенности
характеристик АФН-пленок с позиций спектрального согласования со
светоизлучателями, быстродействия и величины генерируемого
фотонапряжения приводит к заключению, что наиболее подходящими являются
пленки. , CdTe:Ag, CdSe и трехселенистой сурьмы. .Расширение сфер и объѐма
применения АФН-приемников для автоматизации производственных процессов
связано с развитием технологии получения АФН-плѐнок, совершенствованием
их применения в качестве ПОИ, а также развитием метрологии и схемотехники.
Проведена, основанная на экспериментальных данных, систематизация
особенностей ПОИ, АФН-пленочных структур, первичных элементов
оптоэлектроники. Показано, что такая систематизация позволяет выбрать более
адекватное строение оптрона открытого канала. Экспериментально
подтверждено, что ПОИ на основе АФН-пленок имеет ряд преимуществ:
исключение внешнего источника питания для ПОИ, снижение веса и габаритов,
обеспечение полной электрической развязки между цепями «излучатель –
ПОИ». Разработан ряд методик и подходов для получения эффективных АФН-
плѐнок и для изучения их особенностей.
Предложен метод многофункциональной оптоэлектронной системы
неразрушающего контроля технологических параметров нефти и
нефтепродуктов. Для этого рассчитано светопропускание (k) элементов НПВО,
линзовых элементов. Показано, что для вычисления k нужно задать конкретный
тип элемента НПВО. Предложены и детально обоснованы следующие
основополагающие направления:
а) совершенствование преобразователей оптической информации на
основе элемента НПВО и оптрона открытого канала;
б) развитие технологии обработки фотоэлектрического сигнала –
схемотехника, методы испытаний и параметрической стабилизации
характеристик;
в) расширение применения микропроцессоров и современных ЭВМ.
Доказано, что применение оптоэлектронных многофункциональных
систем не только повышает информативность контроля, но и позволяет
уменьшить погрешности от влияния внешних факторов, так как температура,
влажность и уровень вибрации могут учитываться при автоматической
коррекции погрешности.
Разработаны методики определения технологических параметров, таких
как: влажность хлопка-сырца и его продуктов; концентрация глицерина; форма,
объѐм и дефектность коконов; толщина листового стекла; шероховатость,
дефектность, зернистость и цвет металлических поверхностей.
Для реализации комплекса предложенных методик по выбору оптрона
открытого канала на основе излучателя и АФН-приемника предложена
волоконно-оптическая система, обладающая достаточно простой конструкцией,
дающей возможность приема световой энергии через оптоволокно, что
открывает принципиально новую возможность миниатюризации
оптоэлектронных волоконно-оптических систем.
Проведенный анализ научно-технического уровня исследования, в
рамках раздела «финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение», показал, что исследование имеет высокую значимость для
прикладных и научно-исследовательских областей импульсной техники, однако
не используется в широком спектре отраслей.
В рамках раздела «социальная ответственность» определены опасные и
вредные факторы, имеющие место в работе с экспериментальным стендом.
Разработаны профилактические меры по предотвращению чрезвычайных
ситуаций при работе c экспериментальным стендом, а также необходимые
меры безопасности.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Родион М. БГУ, выпускник
    4.6 (71 отзыв)
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    Высшее экономическое образование. Мои клиенты успешно защищают дипломы и диссертации в МГУ, ВШЭ, РАНХиГС, а также других топовых университетах России.
    #Кандидатские #Магистерские
    108 Выполненных работ
    Анастасия Л. аспирант
    5 (8 отзывов)
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибост... Читать все
    Работаю в сфере метрологического обеспечения. Защищаю кандидатскую диссертацию. Основной профиль: Метрология, стандартизация и сертификация. Оптико-электронное прибостроение, управление качеством
    #Кандидатские #Магистерские
    10 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Дарья С. Томский государственный университет 2010, Юридический, в...
    4.8 (13 отзывов)
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссерт... Читать все
    Практикую гражданское, семейное право. Преподаю указанные дисциплины в ВУЗе. Выполняла работы на заказ в течение двух лет. Обучалась в аспирантуре, подготовила диссертационное исследование, которое сейчас находится на рассмотрении в совете.
    #Кандидатские #Магистерские
    18 Выполненных работ
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Вики Р.
    5 (44 отзыва)
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написан... Читать все
    Наличие красного диплома УрГЮУ по специальности юрист. Опыт работы в профессии - сфера банкротства. Уровень выполняемых работ - до магистерских диссертаций. Написание письменных работ для меня в удовольствие.Всегда качественно.
    #Кандидатские #Магистерские
    60 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Оптимизация разрядного контура возбуждения CuBr лазера
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Импульсный плазмохимический синтез углеродсодержащих композитов на основе TiO2
    📅 2018год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Автономная следящая система для комплекса цифровой радиографии
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Диагностика дефектов в металлах на основе скин-эффекта
    📅 2019год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)