Способ исследований температурных зависимостей оптических характеристик полупроводниковых материалов

Изобретение относится к области экспериментальных исследований оптических характеристик материалов, находящихся под действием температурного поля.

Полупроводники широко применяются в составе оптико-электронных приборов (ОЭП), используемых в системах наблюдения, ночного видения, наведения и т.п. Большинство из них для нормального функционирования охлаждается до криогенных температур, но в процессе эксплуатации возможны различные ситуации, при которых эти температуры могут существенно повышаться. При этом некоторые характеристики материалов, в частности оптические и физические, могут изменяться, что приводит к ухудшению качества выполнения ОЭП своих функций. Эти процессы изменения подлежат исследованию. Все новые полупроводниковые материалы находят применение в ОЭП, свойства которых также необходимо вновь исследовать. Это исследование реализуется применением предлагаемого способа.

Известен способ определения оптических характеристик однородного рассеивающего вещества [1], включающий облучение исследуемого вещества ультракороткими лазерными импульсами, регистрацию прошедшего через образец исследуемого вещества излучения и определение оптических характеристик однородного рассеивающего вещества. При измерении оптических характеристик материалов данным способом повышается точность измерений, но остается без внимания влияние изменения температуры исследуемого материала на них.

На данный момент известна лабораторная установка для температурных испытаний ОЭП [2], включающая длиннофокусный коллиматор, оптическую скамью, место для крепления испытуемых ОЭП, источник температурных воздействий, устройство регистрации температуры, таймер, ЭВМ.

Ее недостатками является невозможность создания температур при испытаниях ниже -50°С и выше +50°С и необходимость работы непосредственно с ОЭП для определения характеристик всей системы в сборе, а не полупроводникового фоточувствительного материала.

Задачей предлагаемого изобретения является создание способа экспериментального определения зависимостей оптических характеристик полупроводниковых материалов от температур.

Техническим результатом изобретения является определение температурных зависимостей оптических характеристик полупроводниковых материалов.

Механизм взаимодействия лазерного излучения с полупроводниками, описанный в [3], говорит о том, что в ходе такого воздействия лазерное излучение частично отражается от исследуемого образца, частично поглощается им, а частично проходит сквозь него. Для определения поглощенной доли излучения необходимо измерить две оставшиеся составляющие - отраженную и прошедшую насквозь. Проведенные ранее исследования некоторых характеристик полупроводниковых материалов говорят о наличии зависимости концентрации свободных носителей, ширины запрещенной зоны и других от температуры, а они, в свою очередь, вносят вклад в изменение оптических характеристик материала. Значит, изменение свойств полупроводникового материала при изменении температуры может повлечь за собой изменение рабочих характеристик ОЭП. На данный момент оптические характеристики востребованных в приборостроении полупроводниковых материалов известны, но определены они для нормальных условий, т.е. для температуры 300 K.

Все вышесказанное позволяет разработать схему экспериментальной установки, представленную на фиг. 1, содержащую: (1) - силовой лазер; (2) - плоскопараллельную пластину; (3) - измеритель энергии излучения; (4) - исследуемый образец; (5) - нагреватель, (6) - термопару, (7) - мультиметр.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что процесс измерения оптических характеристик материалов производится во всем диапазоне создаваемых введенным в схему нагревателем температур с интервалом, устанавливаемым непосредственно для каждого конкретного исследования, т.е. с возможностью управления уровнем температурного воздействия на исследуемый образец в широком диапазоне, что позволяет с высокой точностью проводить определение измеряемых величин и их зависимость от изменения температуры.

Проведение исследований заключается в следующем. Исследуемый образец облучают лазерным излучением. Плоскопараллельной пластиной (2) часть энергии лазерного импульса отводят в измеритель энергии излучения (3). Прошедшая часть энергии пучка лазерного излучения падает на исследуемый материал (4), установленный таким образом, что отраженное от него лазерное излучение попадает во второй измеритель энергии излучения (3). исследуемый материал (4) закреплен на нагревателе (5) и предварительно разогревается до требуемой температуры. На исследуемом материале (4) закреплена термопара (6) для регистрации его температуры с помощью мультиметра (7). Для измерения энергии лазерного излучения, прошедшего сквозь исследуемый материал (4), за ним размещается третий измеритель энергии излучения (3). Таким образом, реализуется измерение всех составляющих лазерного импульса после его взаимодействия с исследуемым материалом. Генерация импульса производится в момент достижения требуемой температуры.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU №2413930, 2009 г.

2. RU №2293959, 2007 г.

3. Салманов В. Взаимодействие лазерного излучения с полупроводниками и диэлектриками. М.: LAP, 2014. С. 276.