Wyniki 1-10 spośród 10 dla zapytania: authorDesc:"Kamil PIERŚCIŃSKI"

Struktura pasmowa i optyczne właściwości supersieci InAs/GaSb

Czytaj za darmo! »

Supersieci InAs/GaSb są strukturami, w których dolna granica pasma przewodnictwa w obszarze InAs znajduje się poniżej górnej granicy pasma walencyjnego w obszarze GaSb. Takie charakterystyczne ułożenie pasm energetycznych sprawia, że struktury tego rodzaju mogą być wykorzystane do detekcji promieniowania podczerwonego w szerokim zakresie długości fal (2…30 μm). Krawędź absorpcji konkretnego układu materiałów jest uzależniona od grubości warstw, które tworzą strukturę supersieci. W pracy [2] pokazano relację pomiędzy krawędzią absorpcji oraz grubością warstw InAs, przy stałej grubości warstw GaSb. Wyznaczona zależność ułatwia dobór geometrycznych parametrów supersieci, przeznaczonych do detekcji promieniowania, o konkretnej długości fali. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 0 20 40 60 80 100 u [V] i [μA] iB = 0 iB = 0,2 μA Struktury supersieci InAs/GaSb otrzymane zostały za pomocą epitaksji z wiązek molekularnych (MBE). Parametry technologiczne decydujące o jakości struktur utrzymywane były z dokładnością ±0,5% w trakcie procesów epitaksji. Umożliwia to wzrost supersieci o poprawnej strukturze krystalicznej i dobrze zdefiniowanych obszarach międzyfazowych. Supersieci [...]

Techniki charakteryzacji laserów kaskadowych, badanie generacji i transportu ciepła w strukturach


  Kwantowe lasery kaskadowe QCLs (Quantum Cascade Lasers) są obecnie bardzo szybko rozwijającą się grupą laserów półprzewodnikowych emitujących w zakresie średniej podczerwieni (3,5…24 μm) [1], jak i w zakresie terahercowym (1,2…4,9 THz) [2,3]. Pierwsza demonstracja emisji w laserach kaskadowych GaAs/AlGaAs miała miejsce w 1998 r. w grupie C. Sirtori w laboratoriach Bella [4]. Od tego czasu lasery kaskadowe bazujące na materiałach GaAs/AlGaAs zostały znacząco udoskonalone, jednakże nadal maksymalna temperatura pracy na fali ciągłej CW (Continous Wave) to temperatura kriogeniczna. Głównym czynnikiem ograniczającym pracę CW jest wysoka moc przy jakiej pracuje urządzenie. Wysokie prądy i napięcia zasilające skutkują wydzieleniem dużej ilości ciepła w obszarze aktywnym (progowa gęstość mocy sięga 90 kW/cm2). Prowadzi to do niekorzystnego wzbudzania nośników z poziomów energetycznych w studniach kwantowych do kontinuum stanów ponad tymi studniami, przez co maleje inwersja obsadzeń, a stąd również zmniejsza się wzmocnienie promieniowania i jeszcze bardziej rośnie prąd progowy. Zwiększenie wydajności i niezawodności laserów kaskadowych w wyższych temperaturach pracy wymaga cieplnej optymalizacji struktury i montażu, niezbędna jest więc znajomość rozkładu temperatury w przyrządzie. Pomiary rozkładów temperatury na powierzchni zwierciadeł lasera QCL zostały wykonane przy wykorzystaniu techniki eksperymentalnej - spektroskopii termoodbiciowej (STR). Kwantowe lasery kaskadowe zdobywają coraz większą popularność w wielu dziedzinach n[...]

Struktury detektora podczerwieni na bazie supersieci II rodzaju ze związków InAs/GaSb


  Technologia otrzymywania supersieci InAs/GaInSb jest we wstępnej fazie rozwoju. Główne trudności związane są z przygotowaniem podłoży do epitaksji, optymalizacją technologii otrzymywania supersieci, "processingiem" struktur prowadzącym do otrzymania detektorów oraz ich pasywacją. Jednak potencjalne znaczenie supersieci InAs/GaInSb jest duże, co w przyszłości może spowodować dominację tego związku w konstrukcji detektorów podczerwieni, szczególnie w zakresie dalszej podczerwieni. Należy również podkreślić, że supersieci InAs/GaInSb z powodzeniem mogą być stosowane w produkcji niechłodzonych detektorów podczerwieni. Eksperymentalnie wykazano, że ich parametry są podobne do tych, jakie uzyskuje się dla HgCdTe. Dodatkową zachętę dla podjęcia tematyki detektorów na bazie supersieci stanowi fakt, że ze względu na zagrożenie dla środowiska w najbliższych latach przewiduje się stopniową eliminację rtęci (Hg) i kadmu (Cd) z technologii półprzewodnikowych. Trudności występujące przy wytwarzaniu tego typu detektorów powodują, że stosunkowo mało grup zajmuje się tą tematyką. Dotychczas w Polsce nikt nie zajmował się zastosowaniem supersieci do wytwarzania przyrządów półprzewodnikowych. Nowoczesne fotodetektory podczerwieni Podstawowym celem pracy było zaprojektowanie i wykonanie pełnej, zoptymalizowanej struktury detektora promieniowania podczerwonego na bazie supersieci II rodzaju ze związków InAs/ GaSb. Do realizacji tego celu konieczne było opanowanie technologii wytwarzania warstw i supersieci metodą epitaksji z wiązek molekularnych MBE (Molecular Beam Epitaxy) oraz ich charakteryzacji. "Processing" oraz pomiary przyrządu były przedmiotem odrębnych prac wykonanych w firmie VIGO System. Procesy epitaksji prowadzono w reaktorze RIBER 32P. Do charakteryzacji warstw i struktur stosowano następujące metody: - do obrazowania powierzchni stosowano mikroskopię optyczną, - do określenia szorstkości powierzchnio wykorzystano mikroskopię sił[...]

Charakterystyki progowe, wzmocnienie i własności optyczne laserów kaskadowych DOI:10.15199/ELE-2014-190


  Od momentu demonstracji kwantowego lasera kaskadowego (Quantum Cascade Lasers - QCLs) w 1994 r. przez grupę prof. Capasso z Bell Labs [1], przyrządy te przechodzą gwałtowny rozwój [2]. Lasery kaskadowe są obecnie bardzo szybko rozwijającą się grupą laserów półprzewodnikowych emitujących w zakresie średniej podczerwieni (3.5- 24[mikro]m) jak i w zakresie terahercowym (1.2- 4.9 THz). Warunkiem koniecznym do zwiększenia wydajności i niezawodności laserów kaskadowych w wyższych temperaturach pracy jest kompleksowa charakteryzacja, wyznaczenie charakterystyk progowych, wzmocnienia i własności optycznych laserów kaskadowych. Wzmocnienie i straty falowodowe są kluczowymi parametrami wpływającymi między innymi na wydajność laserów, są one także niezbędne w projektowaniu numerycznym przyrządów. Wyznaczenie tych parametrów jest istotne w optymalizacji projektu struktury/obszaru aktywnego kwantowego lasera kaskadowego pod kątem wydajności pracy i prądu progowego. Jednocześnie, określenie właściwej równowagi pomiędzy stratami falowodowymi i opornością elektryczną struktury jest ważne dla wydajnej pracy przyrządu. Praca ta przedstawia wyniki analizy elektrooptycznej kwantowych laserów kaskadowych zaprojektowanych na pasmo emisji 9-10 [mikro]m, projektowanych i wytwarzanych w Instytucie Technologii Elektronowej w Warszawie [3-7]. Charakteryzacja elektrooptyczna laserów kaskadowych Charakteryzacja elektrooptyczna zmontowanych laserów kaskadowych obejmuje pomiary charakterystyk LIV (moc optyczna w funkcji prądu, charakterystyki prądowo napięciowe) oraz charakterystyk spektralnych. Pomiary te pozwalają wyznaczyć m.in. prąd progowy (Jth), który przy wykorzystaniu metody "1/L" (pomiar prądu progowego kilku przyrządów o różnych długościach rezonatora) pozwala na wyznaczenie współczynnika wzmocnienia (gΓ) i strat falowodowych laserów [...]

Układy zasilania i sterowania kwantowych laserów kaskadowych DOI:10.15199/ELE-2014-194


  W spektroskopii absorpcyjnej koncentrację badanego gazu lub gazów określa się na podstawie analizy widma zaabsorbowanego promieniowania optycznego. Konieczne jest wówczas dopasowanie długości fali promieniowania laserowego do maksymalnej wartości przekroju czynnego na absorpcję, a zatem do uzyskania optymalnych warunków pomiaru stężenia danej substancji. Czułość tych metod jest określona stosunkiem mocy sygnału do mocy szumów (SNR). Poprawę czułości można osiągnąć nie tylko poprzez odpowiedni dobór linii absorpcyjnych ale również wydłużenie drogi absorpcji promieniowania i optymalizację szumową układu detekcyjnego. W praktyce, zwiększenie drogi optycznej promieniowania uzyskuje się dzięki zastosowaniu np. komórek wieloprzejściowych. Dynamiczny postęp w optoelektronice jest ściśle skorelowany z rozwojem technologii laserów i fotodetektorów. Jednym z takich osiągnięć jest opracowanie kwantowych laserów kaskadowych emitujących promieniowanie w zakresie podczerwieni, który jest bardzo atrakcyjny dla wielu metod detekcji gazów. W Zespole Detekcji Sygnałów Optycznych IOE WAT prowadzone są badania dotyczące sensorów optoelektronicznych, które mogą znaleźć zastosowanie m.in. w detekcji materiałów wybuchowych, czy też biomarkerów zawartych w wydychanym przez człowieka powietrzu [1]. Ich zasada działania polega na zastosowaniu tzw. spektroskopii start we wnęce optycznej, gdzie istotne znaczenie ma dopasowanie i stabilność linii emisyjnej promieniowania laserowego do linii widmowej badanego gazu. Każde odstrojenie jest źródłem błędnych pomiarów. W laserach kaskadowych bardzo często długość fali promieniowania jest modulowana poprzez zmiany temperatury jego obszaru aktywnego. Zmiany te wynikać mogą zarówno z właściwości układu stabilizacji punktu pracy lasera, jak również od parametrów impulsów sterujących (głównie amplitudyi czasu trwania). Przykładowo, w chwili włączania jednomodowego lasera kaskadowego (z siatką Bragga - DFB), wartoś[...]

Analiza właściwości laserów kaskadowych pod kątem zastosowań w systemach łączności w otwartej przestrzeni DOI:10.15199/48.2018.09.01

Czytaj za darmo! »

Zasadniczym celem pracy jest identyfikacja praktycznych możliwości zastosowania laserów kaskadowych na potrzeby hybrydowego systemu łączności w otwartej przestrzeni (FSO, z ang. free space optical communication), bazującego na dwóch kanałach transmisji: optycznym oraz radiowym. Dodatkowo wskazane zostaną kierunki rozwoju technologii pod kątem ich zastosowania w laserowej łączności bezprzewodowej. Rysunek 1 pokazuje transmisję atmosfery. Widoczne są okna transmisyjne, czyli zakresy widma, w których występuje niska tłumienność promieniowania. Rys.1. Transmisja atmosfery w szerokim zakresie długości fal. Widoczne okna transmisyjne w zakresie widzialnym jak i w zakresie podczerwieni ok. 10 mikrometrów. Kolejne okna transmisyjne znajdują się w zakresie pokrywanym przez radary (mikrofale). [1] Wykorzystywane są okna w zakresie widzialnym i w bliskiej podczerwieni. Niniejsza praca dotyczy wykorzystania okna transmisyjnego znajdującego się w górnym zakresie średniej podczerwieni: ok 10 mikrometrów, gdzie tłumienność atmosfery jest niższa. W trudnych warunkach pogodowych transmisja w tym zakresie widma będzie mniej narażona na ograniczenie przepustowości bądź dostępności w porównaniu z transmisją w innych oknach. Stan wiedzy w dziedzinie kwantowych laserów kaskadowych jako źródeł promieniowania w zakresie średniej podczerwieni. Koncepcja lasera kaskadowego bazuje na teoretycznym artykule opublikowanym w 1971r. przez Kazarinova i Surisa [2], gdzie zaproponowano możliwość uzyskania wzmocnienia dla przejść wewnątrzpasmowych w strukturze supersieci. Pierwszy działający laser kaskadowy pracujący impulsowo w temperaturze został zademonstrowany w 1994r. przez grupę Federico Capasso [3] z Bell Labs (USA). W następnych latach w kilku znakomitych ośrodkach badawczych rozwijano ideę laserów kaskadowych. Obecnie stały się one obiecującym i wszechstronnym źródłem laserowym w zakresie podczerwieni o licznych zastosowaniach. Fizyka przejść [...]

Technologia epitaksji z wiązek molekularnych struktur laserów kaskadowych InAlAs/InGaAs/InP na pasmo średniej podczerwieni DOI:10.15199/13.2016.9.3


  Prezentowana praca zawiera opis opracowania i optymalizacji technologii wzrostu heterostruktur kwantowych laserów kaskadowych emitujących promieniowanie z zakresu 9÷10 μm wykonanych w oparciu o układ materiałowy In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As oraz z zakresu 4÷5,5 μm bazujących na naprężonym skompensowanym obszarze aktywnym z In0.36Al0.64As/In0.68Ga0.32As. Do wzrostu heterostruktur półprzewodnikowych wykorzystano technikę epitaksji z wiązek molekularnych (MBE). Dzięki tej metodzie wytworzono pełne struktury przyrządowe jak również obszary aktywne, przeznaczone do wzrostu falowodów z InP metodą epitaksji z fazy gazowej ze związków metalo-organicznych MOVPE. Przeprowadzono charakteryzację heterostruktur oraz przeprowadzono dyskusję stabilność i powtarzalność wykonanych procesów epitaksjalnych. Pomiary charakterystyk elektrooptycznych kwantowych laserów kaskadowych wykazały pracę impulsową w temperaturach powyżej 300K, co umożliwia zastosowanie ich w układach do detekcji śladowej ilości substancji gazowych. Słowa kluczowe: Epitaksja z wiązek molekularnych, MBE, Kwantowe lasery kaskadowe, QCL, InGaAs, InAlAs.Zakres średniej podczerwieni stanowi interesujący obszar badawczy dla spektroskopii śladowej ilości substancji gazowych. Stwarza to szerokie możliwości aplikacyjne w takich dziedzinach jak medycyna, ochrona środowiska, bezpieczeństwo publiczne lub aplikacje militarne. Układy detekcyjne charakteryzują się bardzo dużą czułością, typowo na poziomie ppb (part per bilion), co pozwala zarejestrować jedną cząstkę na miliard. Wiele związków takich jak NO, NO2, CO i CO2 posiada specyficzne linie absorpcyjne o największej intensywności w zakresie 4÷5,5 μm [1]. Daje to możliwość diagnozy chorób takich jak astma czy zawał mięśnia serca, poprzez detekcję niewielkiej zmiany proporcji tych związków w wydychanym powietrzu. W zakresie 9÷10 μm NH3 (amoniak) posiada silną linię absorpcyjną [2], co może być wykorzystane w badani[...]

Kwantowe lasery kaskadowe na zakres średniej podczerwieni


  Lasery kaskadowe QCLs (ang. Quantum-Cascade Lasers) to półprzewodnikowe, unipolarne emitery promieniowania koherentnego, których zasada działania polega na wewnątrzpasmowych przejściach promienistych nośników oraz tunelowaniu przez wielobarierowy układ kwantowomechaniczny [1]. Warunkiem poprawnego działania tego typu przyrządu jest precyzyjne wykonanie heterostruktury epitaksjalnej, dające po przyłożeniu odpowiedniej zewnętrznej polaryzacji elektrycznej zaprojektowane wartości prawdopodobieństwa przejść wewnątrzpasmowych oraz tunelowych. Obszar aktywny lasera kaskadowego ma budowę wielowarstwową i wielomodułową. W ogólności, w każdym z modułów QCL generowany jest układ poziomów laserowych oraz możliwość tunelowego przejścia elektronów do kolejnego modułu. Dzięki temu każdy z elektronów wstrzykniętych do obszaru aktywnego ma szansę wzięcia udziału w serii wewnątrzpasmowych przejść promienistych. Spektrum emisyjne QCLs to szeroki zakres od średniej MIR (ang. Mid Infrared ) do dalekiej podczerwieni FIR (ang. Far Infrared ). Lasery kaskadowe są lub mogą być szeroko stosowane, np. w układach detekcji gazów (np. CO2, NO, CH4) [2], diagnostyce medycznej [3] oraz w monitorowaniu zanieczyszczeń środowiska [4]. Ścisłe wymogi precyzji dotyczą technologii heterostruktur epitaksjalnych w zakresie założonej konstrukcji i jej jednorodności w obszarze płytki epitaksjalnej oraz powtarzalności osadzania w serii procesów. Dla działania lasera krytyczna jest zgodność geometrii pasma przewodnict[...]

Stan badań nad laserami kaskadowymi na zakres średniej podczerwieni w ITE DOI:10.15199/48.2018.08.10

Czytaj za darmo! »

Prace nad laserowymi źródłąmi średniej podczerwieni prowadzone są w ITE od ponad 10-ciu lat. Dotyczą one nowej generacji laserów półprzewodnikowych, których działanie opiera się na wykorzystaniu specyficznych zjawisk fizycznych zachodzących w nanostrukturach, tzw. kwantowych laserów kaskadowych. Są to prace pionierskie w skali kraju, nawiązujące do aktualnych trendów nauki światowej. W tym czasie opracowano technologię i wytworzono serie prototypowe kilku typów laserów z zakresu średniej podczerwieni. Lasery wytwarzane w ITE wykorzystują heterostruktury GaAs/AlGaAs i AlInAs/InGaAs/InP; te ostatnie zarówno dopasowane sieciowo jak i z kompensacją naprężeń. Opracowano lasery emitujące w pasmie 4.5-5.5 m i 9.0-10.0 m. Wszystkie wytwarzane lasery pracują impulsowo w temperaturze pokojowej; niektóre typy laserów pracują na fali ciągłej. Podstawową technologią stosowaną do wytwarzania struktur jest epitaksja z wiązek molekularnych MBE i hybrydowa technologia MBE + MOVPE. Lasery kaskadowe średniej podczerwieni Kwantowe lasery kaskadowe stanowią nową klasę unipolarnych laserów półprzewodnikowych, których działanie oparte jest na przejściach wewnątrzpasmowych. W odróżnieniu od klasycznych laserów półprzewodnikowych, wykorzystujących przejścia międzypasmowe, długość fali emitowanego przez nie promieniowania praktycznie nie zależy od materiału z którego są wykonane a jedynie od geometrii jam kwantowych stanowiących ich obszar czynny. Zasada działania lasera kaskadowego przedstawiona jest na rys.1. Rys.1 Przejścia międzypasmowe w jamie kwantowej (a), przejścia wewnątrzpasmowe w jamie kwantowej (b). Pozwala to na pokrycie szerokiego spektrum, długości fal od średniej do dalekiej podczerwieni za pomocą struktur wytwarzanych na bazie GaAs i InP, materiałów, których technologia jest doskonale opanowana. Kaskadowa natura generacji promieniowania umożliwia powielanie fotonów i uzyskiwanie mocy przekraczających te, które ge[...]

Zastosowanie technologii MOCVD w dziedzinie laserów antymonkowych z heterozłączem I-go rodzaju


  Heterozłaczowe lasery pólprzewodnikowe zakresu 1,9…3 μm ze strukturą wykonaną z antymonków są obecnie głównym rodzajem laserów pracujących w tym obszarze widmowym (rys. 1). Zapewniają tryb pracy ciągłej w temperaturze pokojowej oraz względnie wysokie moce. W przeciwieństwie jednak do większości laserów półprzewodnikowych technologia otrzymywania heterostruktur całkowicie zdominowana jest przez epitaksję z wiązek molekularnych (MBE), a technologia epitaksji ze związków metaloorganicznych (MOCVD) jest w tej dziedzinie prawie nieobecna. Obok szeregu przyczyn utrudniających zastosowanie MOCVD jak np. niskie temperatury topnienia, niepełna piroliza prekursorów, separacja faz czy brak możliwości zastosowania SbH3 jako prekursora antymonu występuje czynnik częściowo z nimi związany i prawie uniemożliwiający otrzymywanie warstw zawierających glin o jakości odpowiedniej do zastosowania w laserach. Czynnik ten ma postać silnego zanieczyszczenia węglem oraz tlenem i prowadzi do występowania wysokiej nieintencjonalnej koncentracji dziurowej [1-3]. Niezamierzona koncentracja typu p w warstwach zawierających więcej niż 60% atomów glinu wśród atomów grupy III przekracza zwykle 2E18 cm-3. Następstwem tych problemów jest prawie całkowity brak doniesień o laserach na GaSb wykonanych przy zastosowaniu MOCVD oraz brak jakiejkolwiek komercjalizacji tej technologii. W jedynym opublikowanym dotychczas przypadku [1] przyrządu o strukturze podobnej do przedstawionej na rys. 1 parametry lasera znacznie odbiegały od parametrów uzyskiwanych w przypadku stosowania MBE i nie przedstawiono trybu pracy ciągłej. Z drugiej strony technologia MOCVD odpowiada znacznie mniej wymagającemu zakresowi ciśnień i pojedynczy proces jest krótszy. W ogólności związana jest z mniejszymi kosztami oraz - jeśli jest już opracowana - z łatwiejszą komercjalizacją. Technologie MBE i MOCVD odpowiadają także różnym warunkom termodynamicznym, w związku z czym zdarza się[...]

 Strona 1