RU53500U1 - Электролюминесцентный излучатель - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области полупроводниковой оптоэлектроники, а именно к источникам инфракрасного излучения, предназначенных, в основном, для использования в газовых анализаторах. Решена задача создания фотолюминесцентного излучателя с высокой мощностью излучения при условии ее временной и температурной стабильности. Фотолюминесцентный излучатель содержит корпус 1, в котором выполнено окно. Окно может быть закрыто фильтром 2. Фильтр может быть, прозрачным для длин волн в интервале 2-5 мкм, он может быть выполнен прозрачным в более узком диапазоне. Напротив окна в корпусе установлен светодиод 3 с подводящими электродами 4, выполненный на основе GaAs. Он является источником электромагнитного излучения с длиной волны 0,8-0,9 мкм, является источником накачки для нанесенного на подложку 5 переизлучающего слоя 6. Подложка 5 должна быть прозрачна для излучения накачки. На нее нанесен переизлучающий слой состава Pb_1-xCd_xSe_1-yS_y легированный йодом и кислородом, где: х=0,02-0,2, y=0,1-0,2.

Description

Полезная модель относится к области полупроводниковой оптоэлектроники, а именно к источникам инфракрасного излучения, предназначенным, в основном, для использования в газовых анализаторах.

Работа газового анализатора основана на методе недисперсионного газового анализа, при котором измеряется поглощение молекулами анализируемого вещества электромагнитного излучения от специального источника, к которому предъявляется ряд требований, в частности, длина волны генерируемого им электромагнитного излучения должна находиться в полосе поглощения анализируемых веществ, а именно, в интервале 2-5 мкм при условии долговременной и температурной стабильности интенсивности излучения.

Известен фотолюминесцентный излучатель (Патент РФ №2208268), состоящий из корпуса с окном, внутри которого напротив окна размещен электролюминесцентный диод с электродами, генерирующий излучение в интервале длин волн 0,8-0,9 мкм, на котором размещена диэлектрическая подложка прозрачная в указанном интервале длин волн с нанесенным на нее многослойным переизлучающим слоем, содержащим Pb_1-xCd_xSe. Недостатком этой конструкции является недостаточно высокая интенсивность излучения, которая ограничена, в частности, мощностью излучения переизлучающего слоя.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является фотолюминесцентный излучатель, описанный в Свидетельстве на полезную модель РФ №37576. Он состоит из корпуса с окном, внутри которого напротив окна размещен электролюминесцентный диод с электродами, генерирующий излучение в интервале длин волн 0,8-0,9 мкм, на котором размещена диэлектрическая подложка прозрачная в указанном интервале длин волн с нанесенным на нее переизлучающим слоем, содержащим Pb_1-xCd_xSe и легированный йодом и кислородом.

Недостатком известной конструкции, так же как и рассмотренной выше, является недостаточно высокая мощность излучения, которая ограничена, в частности, мощностью излучения переизлучающего слоя.

Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание фотолюминесцентного излучателя с высокой мощностью излучения при условии ее временной и температурной стабильности.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый фотолюминесцентный излучатель, так же как и известный, содержит корпус с окном, внутри которого напротив окна размещен электролюминесцентный диод с электродами, генерирующий излучение в интервале длин волн 0,8-0,9 мкм, на котором размещена диэлектрическая подложка прозрачная в указанном интервале длин волн с нанесенным на нее переизлучающим слоем в состав которого входит селенид свинца и селенид кадмия и легированный йодом и кислородом. Но, в отличие от известного, в предлагаемом фотолюминесцентном излучателе в качестве переизлучающего слоя использован слой состава Pb_1-xCd_xSe_1-yS_y, где: x=0,02-0,2, y=0,1-0,2.

Технический результат заключается в повышении мощности излучения за счет того, что в качестве переизлучающего слоя использовано четырехкомпонентное соединение Pb_1-xCd_xSe_1-yS_y в указанных соотношениях компонентов и легированное йодом и кислородом. При сравнении мощностей известного люминесцентного излучателя, выполненного на основе тройного твердого раствора, и заявляемого, выполненного на основе четырехкомпонентного соединения, мы видим, значительное увеличение мощности излучения. Например, при температуре 300 К и токе 80 мА мощность излучения известного излучателя равна 160 мкВт, а мощность излучения заявляемого излучателя 180 мкВт. При этом показатели временной стабильности и температурной не хуже, чем у известного излучателя.

Совокупность признаков, изложенных в пункте 2 формулы полезной модели, характеризует фотолюминесцентный излучатель, в котором в качестве электролюминесцентного диода использован диод на основе арсенида галлия.

Диод на основе арсенида галлия используется в качестве источника электромагнитной накачки. Длина волны его излучения 0,8-0,9 мкм. Его достоинством по сравнению с полупроводниковым микролазером, который также можно использовать в устройстве, является большая мощность излучения и невысокая цена.

Совокупность признаков, изложенных в пункте 3 формулы полезной модели, включающий все признаки либо пункта 1, либо пункта 2 формулы, характеризует фотолюминесцентный излучатель, в котором переизлучающий слой выполнен нанокристаллическим.

Эксперименты показали, что выполнение слоя нанокристаллическим дополнительно увеличивает мощность излучения.

Совокупность признаков, изложенных в пункте 4 формулы полезной модели, характеризует фотолюминесцентный излучатель, в котором окно корпуса закрыто узкополосным интерференционным фильтром, прозрачным в одной из областей, лежащих в диапазоне длин волн 2-5 мкм.

Для фотолюминесцентных излучателей, выполненных, как в нашем случае, на основе узкозонных полупроводников, при их работе в агрессивных средах важными являются вопросы герметизации и состава атмосферы внутри корпуса прибора. Нарушение герметичности может привести к нестабильности его показателей. Но использование фильтра позволяет обойтись без дополнительной герметизации. Но, главным образом, в таком исполнении он применяется для определения определенной примеси. Например, для определения NO₂ фильтр должен быть прозрачным в области длины волны 3,4 мкм.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором схематически представлен разрез конструкции фотолюминесцентного излучателя.

Фотолюминесцентный излучатель содержит корпус 1, в котором выполнено окно. В рассматриваемом примере выполнения окно закрыто фильтром 2. Например, для измерения содержания CO₂ он выполняется прозрачным в области 4,2 мкм. Напротив окна в корпусе установлен светодиод 3 с подводящими электродами 4, выполненный на основе GaAs. Он является источником электромагнитного излучения с длиной волны 0,8-0,9 мкм, которое используется для накачки нанесенного на подложку 5 переизлучающего слоя 6. Подложка 5 должна быть прозрачна для излучения накачки. В рассматриваемом примере подложка выполнена из BaF₂. На подложку нанесен переизлучающий слой, состава Pb_1-xCd_xSe_1-yS_y легированного йодом и кислородом, где: х=0,02-0,2, y=0,1-0,2.

Ниже приводятся характеристики мощности и временной стабильности рассматриваемого прибора во всем заявляемом диапазоне состава переизлучающего слоя. Для наглядности примеры выполнения сведены в таблицы, где приводятся значения мощности излучения при различных составах переизлучающего слоя.

Испытания проводились при следующих условиях:

Ток - 1 А, длительность импульса - 50 мкс, скважность - 200.

Мощность излучения указана в мВт.

При изменении Х меняется содержание Cd и соответственно Pb. При изменении У меняется содержание S и соответственно Se. Также при изменении этих параметров меняется длина волны.

Рассмотрим изменение мощности излучения при изменении Х и У.

У	0-0,1	0,1	0,2	0,3
Х
0,02	3,3	4,1	3,7	3,1
0,1	6,1	6,7	7,4	6,0
0,2	8,6	9,2	9,9	8,4

Приведенные данные свидетельствует о достижении высокой мощности излучения при всех заявляемых значениях состава переизлучающего слоя.

При выполнении переизлучающего слоя нанокристаллическим, но при тех же режимах проведения эксперимента, мощность будет меняться следующим образом:

У	0-0,1	0,1	0,2	0,3
Х
0,02	3,5	4,6	4	3,3
0,1	6.4	7,6	8,5	6,2
0,2	9	10,5	12,0	8,8

Анализ данных приведенных в таблице показывает, что при выполнении переизлучающего слоя нанокристаллическим значения мощности излучения увеличивается во всем диапазоне изменения состава слоя.

В следующей таблице приведены данные, доказывающие соблюдение условия временной стабильности. Приводится период времени в месяцах, за который мощность излучения уменьшается на 10% при комнатной температуре.

У	0-0,1	0,1	0,2	0,3
Х
0,02	20	28	36	37
0,1	25	31	38	35
0,2	21	34	37	36

Рассмотренные примеры свидетельствуют о том, что заявляемый фотолюминесцентный излучатель обладает высокой мощностью излучения, временной и температурной стабильностью.

Claims (4)

1. Фотолюминесцентный излучатель, содержащий корпус с окном, внутри которого напротив окна размещен электролюминесцентный диод с электродами, генерирующий излучение в интервале длин волн 0,8-0,9 мкм, на котором размещена диэлектрическая подложка прозрачная в указанном интервале длин волн с нанесенным на нее переизлучающим слоем содержащим селенид свинца - селенид кадмия и легированный йодом и кислородом, отличающийся тем, что в качестве переизлучающего слоя использован слой состава Pb_1-xCd_xSe_1-yS_y, где: х=0,02-0,2, y=0,1-0,2.

2. Фотолюминесцентный излучатель по п.1, отличающийся тем, что в качестве электролюминесцентного диода использован диод на основе арсенида галлия.

3. Фотолюминесцентный излучатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что переизлучающий слой выполнен нанокристаллическим.

4. Фотолюминесцентный излучатель по п.1, отличающийся тем, что окно корпуса закрыто узкополосным интерференционным фильтром, прозрачным в одной из областей, лежащих в диапазоне длин волн 2-5 мкм.