ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

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.
1-x
x
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 PbCdSe. Недостатком этой конструкции является недостаточно высокая интенсивность излучения, которая ограничена, в частности, мощностью излучения переизлучающего слоя.
1-x
x
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 PbCdSe 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.
1-x
x
1-y
y
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 PbCdSeS, где: x=0,02-0,2, y=0,1-0,2.
1-x
x
1-y
y
Технический результат заключается в повышении мощности излучения за счет того, что в качестве переизлучающего слоя использовано четырехкомпонентное соединение PbCdSeS 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.
2
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 NO фильтр должен быть прозрачным в области длины волны 3,4 мкм.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором схематически представлен разрез конструкции фотолюминесцентного излучателя.
2
2
1-x
x
1-y
y
Фотолюминесцентный излучатель содержит корпус 1, в котором выполнено окно. В рассматриваемом примере выполнения окно закрыто фильтром 2. Например, для измерения содержания CO 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 BaF. На подложку нанесен переизлучающий слой, состава PbCdSeS 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.