Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Badania nad poprawą czułości systemów detekcji śladowych ilości zanieczyszczeń gazowych metodą komórek wieloprzejściowych

Miczuga M., Kopczyński K., Pietrzak J.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2016

|

Vol. 57, nr 9

32--34

PL

Na przestrzeni ostatnich lat nastąpił gwałtowny wzrost ilości gazów zanieczyszczających powietrze atmosferyczne. Jest on skutkiem szybkiego rozwoju produkcji przemysłowej i wykorzystania w jej trakcie coraz większej liczby i ilości szkodliwych gazów. Monitorowanie poziomu zanieczyszczeń gazowych atmosfery będących skutkiem emisji ich przez zakłady przemysłowe wymaga stosowania bardzo czułych i niezawodnych systemów wykrywania i identyfikacji śladowych ilości gazów. W pracy przedstawiono wyniki badań nad poprawą czułości i dokładności pomiarów systemów detekcji śladowych zanieczyszczeń gazowych atmosfery wykorzystujących komórki wieloprzejściowe. Na podstawie przeprowadzonych badań zoptymalizowano konstrukcję systemu pod kątem uzyskania maksymalnej czułości, dużej rozdzielczości spektralnej oraz wysokiej dokładności pomiaru stężenia gazów. Głównymi elementami systemu są: wykonany w Instytucie Technologii Elektronowej laser kaskadowy oraz komórka wieloprzejściowa. Działanie zoptymalizowanego systemu przedstawiono na przykładzie wykrywania i pomiaru stężenia tlenku węgla.

EN

In recent years there has been a sharp increase in the amount of gases polluting atmospheric air. It is a result of the rapid development of industrial production and use of increasing number of harmful gases and their various concentrations in the atmosphere. Therefore, monitoring the level of gaseous atmosphere pollutants resulting from emissions of industrial plants requires very sensitive and reliable detection systems enabling the trace gases to be identified. The paper presents the results of research aimed to improve the sensitivity and accuracy of the measuring systems detecting the trace concentrations of gaseous pollutants in the atmosphere. The improvement is based on applying the multi-path cells. Using the results of the studies, the design of the measuring system has been optimized in terms of maximum sensitivity, high spectral resolution and high-precision detection of gas concentrations. The main elements of the system are: a cascade laser, made at the Institute of Electron Technology (ITE), and the multi-path cell. The operation of the optimized system is exemplified by the detection and the concentration measurement of carbon monoxide.

2

System wykrywania i identyfikacji zanieczyszczeń gazowych atmosfery

Miczuga M., Kopczyński K., Pietrzak J.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2015

|

R. 91, nr 9

134-137

PL

W przeciągu kilku ostatnich dziesięcioleci nastąpił gwałtowny wzrost poziomu zanieczyszczeń gazowych atmosfery. Jest on skutkiem szybkiego rozwoju produkcji przemysłowej i wykorzystania w niej coraz większej liczby i ilości substancji chemicznych. Wykrywanie, identyfikacja i monitorowanie poziomu zanieczyszczeń gazowych atmosfery, będących skutkiem emisji gazów przez zakłady przemysłowe, wymaga stosowania czułych i niezawodnych systemów sensorowych mających zdolność ciągłej długoterminowej pracy. W pracy przedstawiono system wykrywania i identyfikacji znieczyszczeń gazowych atmosfery umożliwiający monitorowanie poziomu zanieczyszczeń na wybranym obszarze. Głównymi elementami systemu są: Centrum Monitorowania Skażeń oraz, zbudowane w oparciu o lasery kaskadowe, detektory skażeń. Działanie systemu przedstawiono na przykładzie monitorowania poziomu zanieczyszczenia powietrza amoniakiem na terenie Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie.

EN

In the last few decades there has been a sharp increase in the level of gaseous pollution in the atmosphere. It is the result of the rapid development of industrial production and use of the growing number various types of chemicals.So, detection, identification and monitoring of atmospheric gaseous pollutants resulting from emissions from industrial plants is of great importance and for this purpose the sensitive and reliable sensor systems with the ability of continuous long-term operation are required. This paper presents a system for the detection and identification of gaseous pollutants in the atmosphere that allows monitoring of pollution levels in the selected area. The main elements of the system are: Contamination Monitoring Centre and Contamination Detectors built using the cascade lasers. The operation of the system is exemplified by monitoring levels of pollution with ammonia in the air on the area of the Military Technical University in Warsaw (MTU).

3

Zastosowanie laserów kaskadowych do wykrywania śladowych zanieczyszczeń gazowych atmosfery

Miczuga M., Pietrzak J., Kopczyński K., Owczarek R.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2014

|

R. 60, nr 9

679--681

PL

Spektroskopowe systemy detekcji gazów, w których jako źródła promieniowania IR wykorzystuje się kwantowe lasery kaskadowe, są coraz powszechniej wykorzystywane do monitorowania poziomu zanieczyszczenia atmosfery gazami przemysłowymi. W pracy omówiono system wykrywania i monitorowania poziomu amoniaku w atmosferze. System charakteryzuje się dużą czułością umożliwiającą wykrywanie i monitorowanie amoniaku o stężeniu w powietrzu na poziomie pojedynczych ppb.

EN

Spectroscopic gas detection systems, in which quantum cascade lasers are used as IR radiation sources, are increasingly being applied to monitoring the level of air pollution by industrial gases. These systems allow the detection and long-term monitoring of toxic gases in the atmosphere, the minimum concentration of which may be equal to a single ppt. The paper describes a system capable to detect and monitor the level of ammonia in the atmosphere. In this measuring system the advantages of a quantum cascade laser and spectroscopic detection methods are combined. Its main components are: a quantum cascade laser and a multipath cell. Operation of the system is exemplified by monitoring the natural level of ammonia in the ambient air. The paper presents the advantages of using cascade lasers in detection systems of gaseous pollutants. The first section discusses the construction of the system and presents the block diagram (Fig. 1). The second section contains the results of the studies of natural concentration of ammonia in the ambient air (Fig. 3). Based on these results, it was found that the system has a high sensitivity sufficient to detect a concentration of ammonia in the air at the level of individual ppb. It also allows continuous, long-term monitoring of the concentration of this gas in the air. The sensitivity of the system depends mainly on the optical path used in the multiple-pass cell and the power of the cascade laser beam.

4

Wysokoczuły system wykrywania i monitorowania zanieczyszczeń gazowych atmosfery

Miczuga M., Kopczyński K., Pietrzak J.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2014

|

Vol. 55, nr 11

47-49

PL

Systemy monitorowania zanieczyszczeń gazowych atmosfery, zbudowane w oparciu o lasery kaskadowe, znajdują coraz szersze zastosowanie w ochronie środowiska. Kwantowe lasery kaskadowe w połączeniu ze spektroskopowymi metodami detekcji umożliwiają wykrywanie gazów o stężeniu na poziomie pojedynczych ppt w atmosferze oraz długoterminowe, ciągłe monitorowanie stopnia jej zanieczyszczenia. W pracy przedstawiono wysokoczuły system wykrywania i monitorowania śladowych ilości zanieczyszczeń gazowych atmosfery. Głównym elementem systemu jest kwantowy laser kaskadowy będący źródłem promieniowania IR. Działanie systemu zaprezentowano na przykładzie wykrywania i monitorowania stężenia amoniaku w atmosferze.

EN

Systems for monitoring of the atmosphere gas pollutants based on cascade lasers have recently been widely used in environment protection. The cascade lasers, combined with the spectroscopic detection methods, allow determination of the gas pollutant molecules concentration in the atmosphere at the level of a single ppt. They are also useful for the continuous monitoring of the degree of the atmosphere pollution. In this work, we present a high-sensitivity system enabling the traced amounts of gas pollutants in the atmosphere to be detected and monitored. The system is based on using the quantum cascade laser as a source of the infrared radiation. The system potentialities are exemplified by its using to detection and monitoring of the ammonia concentration in the atmosphere.

5

Wewnątrzimpulsowa spektroskopowa detekcja tlenku azotu z wykorzystaniem lasera kaskadowego

Kwaśny M., Miczuga M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2013

|

Vol. 62, nr 4

13-28

PL

Praca przedstawia budowę i zasadę działania laserowego spektrometru do detekcji tlenku azotu przy niskich stężeniach (na poziomie sub-ppm). Opracowany przyrząd oparty jest na wewnątrzimpulsowej spektroskopii, laserze kaskadowym (1902 cm⁻¹) i komórce wielokrotnych przejść. Przedstawiono podstawowe charakterystyki kalibracyjne spektrometru, wpływ stężenia, temperatury i ciśnienia gazu na mierzone wartości transmisji promieniowania laserowego. Dla komórki o długości drogi 36 m, granica wykrywalności NO w powietrzu wynosi 14 ppb.

EN

This work presents construction and principle of operation of the spectrometer for nitric oxide detection at low concentration (at ppb level). Designed instrument is based on intra pulse spectroscopy, quantum cascade laser (1900 cm⁻¹) and multipass cell. Main calibration characteristics of the spectrometer, effects of concentration, temperature and pressure of nitric oxide on transmission of laser radiation are presented. For a cell with a path length of 36 m, the limit of detection is 14 ppb.

6

Problemy metrologiczne związane z wyznaczaniem koncentracji centrów defektowych w półprzewodnikach wysokorezystywnych o szerokiej przerwie energetycznej

Miczuga M., Kamiński P., Kozłowski P., Kopczyński K.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2011

|

R. 57, nr 11

1368-1371

PL

Możliwość wyznaczania koncentracji centrów defektowych na podstawie widm otrzymywanych metodą niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej o wysokiej rozdzielczości (HRPITS) jest bardzo ważna dla oceny jakości półprzewodników wysokorezystywnych o szerokiej przerwie energetycznej. Dotychczas nie określono jednak procedury pomiarowej, która pozwalałaby na uzyskanie jednoznacznych wartości koncentracji pułapek nośników ładunku w tych materiałach. W artykule omówiono problemy metrologiczne, których rozwiązanie jest niezbędne dla opracowania takiej procedury. Pokazano, że w celu określenia koncentracji pułapek oprócz pomiaru widm HRPITS należy wykonać pomiar iloczynu ruchliwości i czasu życia (ž×?) nośników ładunku w funkcji temperatury oraz określić temperaturową zależność współczynnika absorpcji materiału dla energii fotonów zastosowanej do generowania nadmiarowych nośników ładunku. Działanie zaproponowanej procedury zademonstrowano poprzez wyznaczenie koncentracji głębokich centrów defektowych w półizolującym monokrysztale GaP. Dalsze prace będą koncentrowały się na określeniu niepewności otrzymywanych wyników i udoskonaleniu modelu fizycznego.

EN

Determination of defect center concentration from the high-resolution photoinduced transient spectroscopy (HRPITS) measurements is of great importance in terms of quality assessment of high-resistivity wide bandgap semiconductors. So far, however, a procedure allowing determining unambiguously the concentrations of charge carriers traps in these materials has not been found. In this paper, we address the metrological issues that should be taken into account for working out such a procedure. It is shown that establishing the trap concentrations requires not only the HRPITS spectra measurements but also the measurements of the charge carrier mobility and lifetime product (ž×?) as a function of temperature and the knowledge on the temperature dependence of the material absorption coefficient for the photon energy used to generate the excess charge carriers. The proposed procedure has been applied to finding the concen-trations of deep defect centers in a crystal of semi-insulating GaP. Further works will concentrate on calculating the result uncertainty and refining the physical model.

7

Centra defektowe w wysokorezystywnych warstwach epitaksjalnych GaN

Kamiński P., Kozłowski R., Kozubal M., Żelazko J., Miczuga M.

Materiały Elektroniczne

|

2011

|

T. 39, nr 1

18-35

PL

Metodę wysokorozdzielczej, niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej (HRPITS) zastosowano do badania centrów defektowych w warstwach epitaksjalnych GaN otrzymanych metodą MOCYD. Metodę tę wykorzystano do badania centrów kompensujących w warstwach GaN:Mg typu p poddanych obróbce termicznej w 780°C, a także w niedomieszkowanych, wysokorezystywnych warstwach GaN osadzonych na podłożach Al2O3 i 6H-SiC: V. Dominującym mechanizmem aktywacji atomów magnezu podczas obróbki termicznej warstw GaN:Mg jest rozpad neutralnych kompleksów Mg-H. Domieszkowaniu magnezem towarzyszy proces samokompensacji polegający na tworzeniu się kompleksów Mg-VN, które są głębokimi donorami (Ec-0,59 eV) kompensującymi płytkie akceptory MgGa- (Ev+0,17 eV). Określono centra defektowe biorące udział w kompensacji ładunkowej niedomieszkowanej, wysokorezystywnej warstwy GaN, stanowiącej warstwę buforową dla tranzystora HEMT, osadzonej na podłożu Al2O3 z warstwą zarodkową AlN. Otrzymane wyniki wskazują, że w mechanizmie kompensacji biorą udział nie tylko defekty rodzime, ale również atomy zanieczyszczeń Si, C, O i H. Stwierdzono, że struktura defektowa niedomieszkowanej warstwy GaN osadzonej na podłożu SI 6H-SiC:V z warstwą zarodkową GaN jest złożona, podobnie jak warstwy osadzonej na podłożu Al2O3 z warstwą zarodkową AlN.

EN

High-resolution photoinduced transient spectroscopy (HRPITS) was employed to study defect centres in epitaxial GaN grown by MOCVD technique. This method was applied to investigate compensation centres in p-type GaN:Mg epitaxial layers, as well as in the undoped high-resistivity GaN layers grown on both Al2O3 and 6H-SiC:V substrates. It was found that the main mechanism leading to the electrical activation of Mg atoms in epitaxial layers of GaN:Mg is the decomposition of neutral Mg-H complexes. Doping with magnesium involves a self-compensation process consisting in the formation of Mg-VN complexes, which are deep donors (Ec-0.59 eV) compensating shallow acceptors MgGa (E+0.17 eV). Defect centres responsible for charge compensation in a high-resistivity GaN HEMT buffer layer, grown on a sapphire substrate with an AlN nucleation layer, were detected. The obtained results indicate that the compensation is either due to native defects or due to contamination with Si, C, O and H atoms. The defect structure of an undoped, high-resistivity GaN layer, with a GaN nucleation layer grown on a SI 6H-SiC:V substrate, proved to be significantly complex, just as in the case of the layer grown on an the Al2O3 substrate with an AlN nucleation layer.

8

System detekcji śladowych ilości gazów w zakresie podczerwieni

Miczuga M., Kopczyński K., Kwaśny M., Kubicki J.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2011

|

Vol. 52, nr 10

35-37

PL

Postępy, jakie dokonały się w ostatnich latach w technologii laserów kaskadowych oraz spektroskopowych metodach detekcji umożliwiają wykrywanie śladowych ilości gazów na poziomie ppb (część na miliard). Systemy detekcji gazów zbudowane w oparciu o lasery kaskadowe znajdują coraz szersze zastosowanie w monitoringu środowiska naturalnego, ochronie zdrowia i diagnostyce medycznej, układach wykrywania niebezpiecznych substancji chemicznych oraz w systemach bezpieczeństwa. W pracy przedstawiono modułowy system detekcji śladowych ilości gazów zbudowany w oparciu o lasery kaskadowe. Głównymi elementami systemu są: laser kaskadowy wykonany w Instytucie Technologii Elektronowej (ITE), komórka przejść wielokrotnych AMAC-36 oraz detektor firmy VIGO System. Działanie systemu przedstawiono na przykładzie detekcji amoniaku. Określono minimalne możliwe do wykrycia stężenie gazu oraz zbadano wpływ dnienia i temperatury na wyniki pomiarów.

EN

The great progress in cascade laser technology and spectroscopic detection systems that has been made recently enables the residual concentrations of gas molecules at the ppb (part per billion) level to be detected. The measuring systems detecting gas molecules, built using cascade lasers, are now widely used in natural environment monitoring and health service, as well as in medical diagnostics, systems detecting hazardous chemicals and safety control apparatus. In this work, we present a modular system with a cascade laser, which is capable to detect trace concentrations of gas molecules. The main system units are: a cascade laser manufactured at the Institute of Electron Technology (IET), multipath cell AMAC-36 and a photodetector made by the VIGO System Company. The operation of the measuring system is exemplified by its application to the detection ammonia residual molecules. The limit of the gas concentration possible to be detected has been determined and the effect of the pressure and temperature on the measurement results has been studied.

9

Układ detekcji metanu z laserem kaskadowym oraz komórką wielokrotnych przejść

Miczuga M., Głogowski P., Kubicki J., Kopczyński K., Kwaśny M.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2010

|

Z. 245

139-152

PL

W artykule przedstawiono budowę oraz zasadę działania optoelektronicznego układu przeznaczonego do detekcji śladowych ilości metanu (na poziomie ppm oraz sub-ppm). Podstawowymi elementami układu są komórka wielokrotnych przejść (komórka White’a) oraz laser kaskadowy QCL. W trakcie badań wykorzystano laser kaskadowy emitujący promieniowanie o długości fali 7,85 µm. Zastosowanie laserów kaskadowych umożliwia dopasowanie parametrów emitowanego promieniowania laserowego do widma absorpcji metanu. W artykule przedstawiono także podstawowe charakterystyki kalibracyjne układu, wpływ stężenia, temperatury oraz ciśnienia gazu na mierzone wartości transmisji promieniowania przez próbkę. Dzięki wysokiej czułości, selektywności oraz stabilności pracy układy detekcji metanu zbudowane na bazie laserów kaskadowych mogą znaleźć zastosowanie w ochronie środowiska, diagnostyce medycznej oraz systemach ostrzegania w kopalniach.

EN

The article presents construction and principle of operation of the optoelectronic system for methane detection at low gas concentrations (at level of ppm and sub-ppm). Designed instrument is based on quantum cascade laser QCL (wavelength 7,85 µm) and multipass cell (White cell configuration). Quantum cascade lasers enables adjust parameters of laser radiation to absorption spectrum of measured gas (methane). Main calibration characteristics of the instrument including: effects of concentration, temperature and pressure of methane on transmission of laser radiation trough the sample was presented. Instrument based on QC Lasers because of its high responsivity, selectivity and stability can find application in medicinal diagnosis, nature conservation and mining safety systems.

10

Zastosowanie laserów kaskadowych (QCL) do detekcji śladowych ilości gazów

Miczuga M., Głogowski P., Kubacki J., Kwaśny M., Kopczyński K.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2010

|

Vol. 51, nr 10

46-50

PL

W pracy przedstawiono przykład zastosowania laserów kaskadowych do detekcji śladowych ilości gazów. Dzięki zastosowaniu laserów kaskadowych możliwe jest dopasowanie długości fali emitowanego promieniowania laserowego do widma absorpcji badanych gazów. System detekcji gazów zbudowano w oparciu o lasery kaskadowe generujące wiązkę promieniowania IR o długości fali 5,25 oraz 7,85 µm, komorę wielokrotnych przejść typu White'a i układ detekcji promieniowania laserowego zbudowany w oparciu o szybką, fotodiodę firmy Vigo System. W systemie detekcji gazów wykorzystywano metodę bezpośredniej spektroskopii absorpcyjnej i przestrajaniem wewnątrzimpulsowym, w której długość fali promieniowania IR emitowanego przez laser kaskadowy ulega zmianie w czasie trwania impulsu lasera. W metodzie tej laser generuje długie impulsy promieniowania (rzędu 500 ns - kilku µs), a widmo absorpcyjne uzyskiwane jest w czasie jednego impulsu lasera. Działanie systemu pokazano na przykładzie wyników badań roztworu tlenku azotu (II) oraz metanu.

EN

The article presents application of on quantum cascade lasers QCL for trace gas detection. Quantum cascade lasers enables adjust radiation wavelength to absorption spectrum of measured gas. Designed gas detection system is based on quantum cascade laser QCL (wavelength 5,25 µm and 7,85 µm), multipass cell (White cell configuration) and detection system based on fast photovoltaic (Vigo Systems). Intrapulse absorption spectroscopy for gas detection was used in the measurements. When a long excitation pulse is applied to a QC laser, the laser frequency tunes almost linearly to lower wave number (lower frequency) as a function of time so all absorption spectral elements are recorded during a single laser pulse. In the present paper, the method was introduced, and identification of NO and methane spectral fingerprint using this spectroscopy was demonstrated experimentally.

11

Inteligentny system diagnostyczny do badania półprzewodników wysokorezystywnych metodą niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej PITS

Suproniuk M., Kamiński P., Miczuga M., Pawłowski M., Kleider J., Kozłowski R., Longeaud Ch.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2009

|

R. 85, nr 11

93-98

PL

Przedstawiono koncepcję inteligentnego systemu pomiarowego do diagnozowania wysokorezystywnych materiałów półprzewodnikowych metodą niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej. Zadaniem tego systemu będzie tworzenie obrazu struktury defektowej obejmującego informację o parametrach i koncentracjach zaobserwowanych centrów defektowych.

EN

An intelligent measurement system for diagnosing of semi-insulating materials by photoinduced transient spectroscopy has been presented. The system utilises two-dimensional analysis of the photocurrent transients digitally recorded in a broad range of temperatures for determination of defect centers parameters and a simulation procedure for calculation their concentration. The system is shown to be a powerful tool for studies of defect structure of high-resistivity semiconductors.

12

Compensating defect centres in semi-insulating 6H-SiC

Kamiński P., Kozłowski R., Miczuga M., Pawłowski M., Kozubal M., Żelazko J.

Opto-Electronics Review

|

2009

|

Vol. 17, No. 1

1-7

EN

Photoinduced transient spectroscopy (PITS) has been applied to study electronic properties of point defects associated with charge compensation in semi-insulating (SI) 6H-SiC substrates. The photocurrent relaxation waveforms were digitally recorded in a wide temperature range of 20-800 K and in order to extract the parameters of defect centres, a two dimensional analysis of the waveforms as a function of time and temperature has been implemented. As a result, the processes of thermal emission of charge carriers from defect centres were seen on the spectral surface as the folds, whose ridgelines depicted the temperature dependences of emission rate for detected defect centres. The new approach was used to compare the defect levels in vanadium-doped and vanadium-free (undoped) SI 6H-SiC wafers.

13

System detekcji gazów wykorzystujący lasery kaskadowe

Miczuga M., Kwaśny M.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2009

|

Vol. 50, nr 5

86-90

PL

W pracy przedstawiono system detekcji gazów na poziomie wykrywalności sub-ppm. Jako źródła promieniowania IR wykorzystywane są w nim niechłodzone kriogenicznie lasery kaskadowe. W systemie detekcji gazów zaimplementowano dwie metody analizy gazów stosujące bezpośrednią spektroskopię absorpcyjną: z przestrajaniem międzyimpulsowym (interpulse spectroscopy) oraz z przestrajaniem wewnątrzimpulsowym (intra pulse spectroscopy). System umożliwia także symulację widm absorpcyjnych pojedynczych gazów lub ich mieszanin przy różnych ciśnieniach i temperaturach.

EN

An advanced high sensitivity system for gas detection is presented. The instrument design includes high reliable midinfrared quantum cascade lasers without cryogenic cooling. Two methods of direct absorption spectroscopy have been employed in the system: inter pulse spectroscopy and intra pulse spectroscopy. The system enables to simulate the absorption spectra of gases or gas compositions at different pressures and temperatures.

14

Zastosowanie wysokorezystywnego azotku galu do wytwarzania heterostruktur AlGaN/GaN HEMT

Miczuga M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2009

|

Vol. 58, nr 1

207-233

PL

Unikalne właściwości azotku galu (GaN) i roztworów stałych na jego bazie stwarzają możliwość produkcji nowej generacji przyrządów półprzewodnikowych. Tranzystory HEMT, w których stosuje się warstwę epitaksjalną wysokorezystywnego azotku galu charakteryzują się dużym współczynnikiem wzmocnienia i możliwością pracy w zakresie bardzo wysokich częstotliwości. Znajdują one coraz szersze zastosowanie we współczesnych systemach elektronicznych. Celem pracy jest przedstawienie problemów materiałowych związanych z wytwarzaniem tranzystorów HEMT z wykorzystaniem heterostruktur AlGaN/GaN oraz zaproponowanie metody charakteryzacji centrów defektowych w warstwach epitaksjalnych GaN. Omówiono budowę sieci krystalicznej oraz właściwości aplikacyjne azotku galu. Opisano strukturę tranzystora HEMT ze szczególnym uwzględnieniem właściwości elektrycznych i strukturalnych wysokorezystywnej warstwy buforowej GaN. Pokazano znaczenie jakości warstwy epitaksjalnej wysokorezystywnego GaN w tranzystorze HEMT. Przedstawiono wpływ rodzaju podłoża na gęstość dyslokacji w warstwie GaN. Zaproponowano sposób charakteryzacji centrów defektowych w warstwach epitaksjalnych GaN. Przedstawiono strukturę defektową warstwy epitaksjalnej GaN dla tranzystora HEMT osadzonej na podłożu Al2O3.

EN

Unique properties of gallium nitride (GaN) create the possibility for production of the new generation of semiconductor devices. The AlGaN/GaN HEMT structures with a layer of highresistivity GaN enable high gain at high operational frequencies to be achieved. This layer is used to separate the device active layer, usually doped with silicon, from the nucleation layer with a high defect density. Moreover, the semiinsulating properties of the layer minimize power losses of the microwave signal. An important advantage of the AlGaN/GaN heterostructure is that it makes possible a large charge to be flowed through the channel, which allows for the transistor's work at higher current densities. Simultaneously, the high breakdown voltage makes the AlGaN/GaN HEMTs very suitable for applications in high power circuits. The quality of the high-resistivity GaN epitaxial layer is of great importance in terms of HEMTs operational characteristics. This quality is determined mainly by the density and properties of lattice defects, in particular dislocations, as well as extrinsic and intrinsic point defects. The extrinsic defects are related to atoms of impurities introduced in uncontrollable way. The intrinsic defects, such as vacancies, interstitials and antisites, are formed by shifting the native atoms from their regular positions in the crystal lattice. Epitaxial layers of GaN are usually obtained by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD). An important factor affecting the layer quality is the type of substrate material, which determines the lattice mismatch between the substrate and epitaxial layer. At present, three types of substrates are used: sapphire, SiC, and free-standing GaN. The most effective method for characterizing defect centers in semi-insulating materials is now the Photoinduced Transient Spectroscopy (PITS). It is based on measuring the photocurrent relaxation waveforms observed after switching off the UV pulse generating excess charge carriers. The relaxation waveforms are recorded in a wide range of temperatures (30-700 K) and in order to extract the parameters of defect centers, the temperature changes in the relaxation rate are analyzed. The depth of the region in which the traps are filled with charge carriers is dependent on the absorption coefficient, influencing the distribution of excess charge carriers in the steady state, at the moment of the UV pulse termination. The defect centres taking part in the charge compensation occurring in high resistivity GaN epitaxial layers forming the buffer layers for HEMTs have been found. The obtained results indicate that the compensation is due to native defects, as well as due to compensation with Si, C, O, and H atoms.

15

Wpływ energii fotonów na obraz prążków widmowych otrzymywanych metodą niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej dla centrów defektowych w półizolujących monokryształach 4H-SiC:V

Miczuga M., Kamiński P., Kozłowski R., Pawłowski M.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2009

|

Vol. 58, nr 1

351-360

PL

Określono wpływ energii fotonów na jakość obrazu prążków widmowych otrzymywanych metodą niestacjonarnej spektroskopii fotoprądowej dla centrów defektowych w półizolujących monokryształach 4H-SiC:V. Badania przeprowadzono dla centrów związanych z atomami Al, dla których termiczna emisja nośników ładunku obserwowana jest w zakresie temperatur 100-250 K. Zaproponowano mechanizm wyjaśniający znacznie lepszą jakość obrazu otrzymanego dla impulsu UV o energii fotonów 3,31 eV niż dla impulsu UV o energii fotonów 3,82 eV.

EN

Effect of the photon energy on the quality of the spectral fringes image obtained by photoinduced transient spectroscopy for defect centres in semi-insulating 4H-SiC:V single crystals have been determined. The studies were carried out for the centres related to Al atoms for which the thermal emission of charge carriers occurs in the temperatures range of 100-250 K. A mechanism explaining much better image quality when using UV pulse with the photon energy of 3.31 eV than that when using UV pulse with the photon energy of 3.82 eV has been proposed.

16

Modyfikacja powierzchni poprzez osadzanie produktów elektrowybuchu w silnym polu elektrycznym

Kubicki J., Kwaśny M., Mierczyk J., Miczuga M., Napadłek W.

Inżynieria Materiałowa

|

2006

|

Vol. 27, nr 3

460-462

PL

W pracy przeprowadzono w odpowiedniej komorze proces modyfikacji powierzchni różnych materiałów metodą osadzania produktów elektrowybuchu w silnym polu elektrycznym. Impulsy elektryczne uzyskiwano z generatora, w którym poprzez iskierniki załączano kondensatory naładowane do kilkudziesięciu kilowoltów napięcia. W wyniku impulsowego wyładowania elektrycznego miedzy elektrodami z wybranego materiału, materiał ten ulegał rozpyleniu i w dużej mierze jonizacji. Przyłożone w odpowiednim momencie impulsowe pole elektryczne rozpędzając wytworzone jony, nanosiło je na modyfikowane podłoże. Proces przeprowadzano w warunkach wstępnej próżni oraz w atmosferze wybranych gazów pod niskim ciśnieniem. Zmieniając parametry impulsów elektrycznych a także ustawienia przestrzenne elementów oraz ciśnienie i skład gazów w komorze, otrzymano zmodyfikowane powierzchnie szkła, ceramiki oraz różnych metali. Otrzymane próbki po obserwacji pod mikroskopem poddano badaniom fizycznym, w których sprawdzano ich trwałość, przyczepność wierzchniej warstwy do podłoża, chropowatość i porowatość. Wykorzystując podłoża przezroczyste, poprzez pomiar transmisji światła przez próbkę, optymalizowano skuteczność nanoszenia materiału na podłoże.

EN

A modification process of surfaces has been carried out in a special chamber. Electric pulses originate from a generator in which the capacitors, charged to dozens of kV, were switched on through spark gaps. After pulse discharge between the electrodes, their specially chosen material underwent evaporation and ionization. The pulse electric field applied at the specific moment caused acceleration of the produced ions and next their deposition on a being modified substrate. The process was carried out in a pre-vacuum and low pressure gas atmosphere. By changing the parameters of electric pulses and spatial arrangement of elements in the chamber and also composition and pressure of gases, the surfaces of glass, ceramics and various metals were modified. The obtained samples were examined in a microscope and then their durability, adherance of superficial layer to a substrate and porosity were checked. Also electric conductivity of glass and ceramics was measured. Efficiency of material deposition on a substrate was optimized due to measurement of light transmission through the sample with a transparent substrate.

17

Inteligentny system pomiarowy do badania centrów defektowych w półprzewodnikach wysokorezystywnych

Pawłowski M., Kamiński P., Kozłowski R., Wierzbowski M., Jankowski S., Miczuga M.

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2005

|

Vol. 46, nr 2-3

46-45

PL

Przedstawiono inteligentny system pomiarowy do badania centrów detektowych w półprzewodnikach wysokorezystywnych w zastosowaniu do półizolującego GaAs. Do tworzenia obrazu struktury defektowej na podstawie pomiaru zaników fotoprądu w szerokim zakresie temperatury wykorzystano procedurę korelacyjną oraz procedurę opartą na odwrotnej transformacji Laplace 'a.

EN

In this paper we present the experimental system for characterisation of defect structure of high-resistivity semiconductors with implementation of intelligent procedures. A new approach is exemplified by studies of defect centres in semi-insulating (SI) GaAs. The defect structure images are created from the photocurrent decay measurements in a wide range of temperatures using the correlation procedure and inverse Laplace transformation algorithms.

18

Zastosowanie procedury korelacyjnej z wieloimpulsowymi funkcjami wagowymi do dwuwymiarowej analizy widmowej w niestacjoarnej spektroskopii fotoprądowej PITS

Pawłowski M., Miczuga M.

Materiały Elektroniczne

|

2001

|

T. 29, nr 3-4

5-19

PL

W pracy zaproponowano zastosowanie procedury korelacyjnej z wieloimpulsowy-mi funkcjami wagowymi do dwuwymiarowej analizy widmowej w metodzie PITS. Wie-loimpulsowe funkcje wagowe, konstruowane na podstawie algorytmu Gavera-Steh-festa, pozwalają na uzyskanie znacznie lepszej rozdzielczości metody PITS w porównaniu z powszechnie stosowaną dwuimpulsową funkcją wagową typu boxcar. Dla termicznej emisji elektronów z pułapek EB7, występujących w półizolujących kryształach GaAs, obliczono powierzchnie widmowe PITS dla trzech rodzajów funkcji wagowych: funkcji dwuimpulsowej (typu boxcar), funkcji czteroimpulsowej (GS4) i funkcji sześcioimpulsowej (GS6). Obliczone powierzchnie widmowe porównano z powierzchniami otrzymanymi dla tych pułapek eksperymentalnie na podstawie zarejestrowanych zaników fotoprądu.

EN

An application of the correlation procedure with multipulse weighting functions to the two-dimensional spectral analysis in photoinduced transient spectroscopy PITS is proposed. Multipulse weighting functions, constructed on the ground of the Gaver-Stehfest algorithm for the Lapace reverse transformation, give the better resolution of the PITS method than the commonly used two-pulse boxcar weighting function. For the electron thermal emission from traps EB7, occurring in semi-insulating (SI) GaAs crystals, the spectral surfaces for the three types of weighting functions: the boxcar function, the four-pulse function (GS4) and the six-pulse function (GS6) were calculated. The calculated spectral surfaces were compared with those obtained from expe-nmental photocurrent transients for traps EB7.