eng
Выпуск #8/2023
А. М. Тарасов, Д. В. Новиков, Д. В. Горелов, С. С. Генералов, В. В. Амеличев
Повышение излучательной способности ИК-источников путем формирования эмиссионного покрытия методом вакуум-термического испарения
Повышение излучательной способности ИК-источников путем формирования эмиссионного покрытия методом вакуум-термического испарения
Просмотры: 512
DOI: 10.22184/1993-7296.FRos.2023.17.8.608
Повышение излучательной способности ИК-источников путем формирования эмиссионного покрытия методом вакуум-термического испарения
А. М. Тарасов 1, Д. В. Новиков 1, Д. В. Горелов 2, С. С. Генералов 2, В. В. Амеличев 2
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Зеленоград, Москва, Россия
ФГБНУ НПК «Технологический центр», г. Зеленоград, Москва, Россия
Представлены результаты измерения характеристик ИК-источников, созданных на основе b-Al-покрытия. Отмечена их стабильность, объяснено отличие от теоретически предсказанных.
Интенсивность резистивных ИК-источников излучения, разработанных по МЭМС технологии, может быть повышена благодаря локальному формированию эмиссионного покрытия в области микронагревателя [1–5]. Одним из перспективных материалов, позволяющих улучшить спектральные характеристики ИК-источников, является черный оксид алюминия Al2O3 (b-Al), полученный вакуум-термическим испарением при пониженном давлении (2 · 10–2 Торр). Разработанный нами метод получения покрытия на основе b-Al представлен в работе [6].
Эффективность излучения эмиссионного слоя напрямую зависит от коэффициента излучения. Поэтому для повышения интенсивности излучения требуется снижение коэффициентов пропускания и отражения.
В ходе проведенных исследований установлено, что пленки b-Al имеют коэффициент излучения ~0,75–0,85 в диапазоне длин волн 2,5–25 мкм. При этом на образцах подвергавшихся отжигу при температуре выше 500 °С наблюдается снижение коэффициента излучения до 0,5 в ближнем ИК-диапазоне, обусловленное увеличением коэффициента пропускания и отражения до значений 0,3 и 0,2 соответственно.
Для исследования влияния пленок b-Al на излучательную способность ИК-источников использовались тестовые кристаллы с Pt-микронагревателями, сформированными на диэлектрической мембране. Диаметр области нагрева составлял 0,54 мм, что эквивалентно площади нагрева равной 0,223 мм2. Локальное напыление выполнялось на половине тестовых кристаллов. После формирования эмиссионного слоя кристаллы разваривались на основание ТО‑39.
Перед измерениями на кристаллах с b-Al проводился «самоотжиг» при температуре ~500 °C (эквивалентное напряжению питания 3 В). Сравнение измеренной максимальной мощности в диапазоне 1–14 мкм на кристаллах с и без b-Al (при коэффициент излучения 0,5) показало прирост выходной мощности ΔP ≈ 100%. При этом теоретический расчет мощности излучения отличается от измеренной в большую сторону на 2–3 порядка. Снижение измеренной мощности обусловлено отсутствием отражателя, применяемого для коллимации выходного пучка.
Полученные результаты показывают возможность применения b-Al в качестве эмиссионного слоя для повышения мощности излучения ИК-источников. Исследование покрытий b-Al после отжига показало их высокую температурную стабильность. В ближайшее время запланировано исследование влияние инкапсуляции (осаждения атомарного слоя) поверх слоя b-Al на его спектральные характеристики с целью достижения повышения коэффициента излучения.
Благодарности
Материал подготовлен при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках выполнения НИР FNRM‑2022-0009.
REFERENCES
Popa D., Udrea F. Towards integrated mid-infrared gas sensors. Sensors. 2019; 19(9):2076.
De Luca A. et al. In-Situ grown carbon nanotubes for enhanced CO2 detection in non-dispersive-infra-red system. SENSORS. 2013; 1–4.
San H. et al. Silicon-based micro-machined infrared emitters with a micro-bridge and a self-heating membrane structure. IEEE Photonics Technology Letters. 2013; 25(11):1014–1016.
Anwar M. et al. Black silicon-based infrared radiation source. Silicon Photonics XI. SPIE; 9752: 67–72.
Hlavatsch M., Mizaikoff B. Advanced mid-infrared lightsources above and beyond lasers and their analytical. Analytical Sciences. 2022; 1–15.
Tarasov A. M., Novikov D. V., Gorelov D. V., Generalov S. S., Amelichev V. V. Formation of Blackened Aluminium by Vacuum-Thermal Evaporation for IR Emitters. Photonics Russia. 2023;17(6):488–496. DOI: 10.22184/1993‑7296.FRos.2023.17.6.488.496.
Информация об авторах
А. М. Тарасов. ORCID: 0000-0003-3648-8717
Д. В. Новиков. ORCID: 0000-0002-9518-1208
Д. В. Горелов. ORCID: 0000-0002-0887-9406
С. С. Генералов. ORCID: 0000-0002-7455-7800
В. В. Амеличев. ORCID: 0000-0002-4204-2626
А. М. Тарасов 1, Д. В. Новиков 1, Д. В. Горелов 2, С. С. Генералов 2, В. В. Амеличев 2
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Зеленоград, Москва, Россия
ФГБНУ НПК «Технологический центр», г. Зеленоград, Москва, Россия
Представлены результаты измерения характеристик ИК-источников, созданных на основе b-Al-покрытия. Отмечена их стабильность, объяснено отличие от теоретически предсказанных.
Интенсивность резистивных ИК-источников излучения, разработанных по МЭМС технологии, может быть повышена благодаря локальному формированию эмиссионного покрытия в области микронагревателя [1–5]. Одним из перспективных материалов, позволяющих улучшить спектральные характеристики ИК-источников, является черный оксид алюминия Al2O3 (b-Al), полученный вакуум-термическим испарением при пониженном давлении (2 · 10–2 Торр). Разработанный нами метод получения покрытия на основе b-Al представлен в работе [6].
Эффективность излучения эмиссионного слоя напрямую зависит от коэффициента излучения. Поэтому для повышения интенсивности излучения требуется снижение коэффициентов пропускания и отражения.
В ходе проведенных исследований установлено, что пленки b-Al имеют коэффициент излучения ~0,75–0,85 в диапазоне длин волн 2,5–25 мкм. При этом на образцах подвергавшихся отжигу при температуре выше 500 °С наблюдается снижение коэффициента излучения до 0,5 в ближнем ИК-диапазоне, обусловленное увеличением коэффициента пропускания и отражения до значений 0,3 и 0,2 соответственно.
Для исследования влияния пленок b-Al на излучательную способность ИК-источников использовались тестовые кристаллы с Pt-микронагревателями, сформированными на диэлектрической мембране. Диаметр области нагрева составлял 0,54 мм, что эквивалентно площади нагрева равной 0,223 мм2. Локальное напыление выполнялось на половине тестовых кристаллов. После формирования эмиссионного слоя кристаллы разваривались на основание ТО‑39.
Перед измерениями на кристаллах с b-Al проводился «самоотжиг» при температуре ~500 °C (эквивалентное напряжению питания 3 В). Сравнение измеренной максимальной мощности в диапазоне 1–14 мкм на кристаллах с и без b-Al (при коэффициент излучения 0,5) показало прирост выходной мощности ΔP ≈ 100%. При этом теоретический расчет мощности излучения отличается от измеренной в большую сторону на 2–3 порядка. Снижение измеренной мощности обусловлено отсутствием отражателя, применяемого для коллимации выходного пучка.
Полученные результаты показывают возможность применения b-Al в качестве эмиссионного слоя для повышения мощности излучения ИК-источников. Исследование покрытий b-Al после отжига показало их высокую температурную стабильность. В ближайшее время запланировано исследование влияние инкапсуляции (осаждения атомарного слоя) поверх слоя b-Al на его спектральные характеристики с целью достижения повышения коэффициента излучения.
Благодарности
Материал подготовлен при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках выполнения НИР FNRM‑2022-0009.
REFERENCES
Popa D., Udrea F. Towards integrated mid-infrared gas sensors. Sensors. 2019; 19(9):2076.
De Luca A. et al. In-Situ grown carbon nanotubes for enhanced CO2 detection in non-dispersive-infra-red system. SENSORS. 2013; 1–4.
San H. et al. Silicon-based micro-machined infrared emitters with a micro-bridge and a self-heating membrane structure. IEEE Photonics Technology Letters. 2013; 25(11):1014–1016.
Anwar M. et al. Black silicon-based infrared radiation source. Silicon Photonics XI. SPIE; 9752: 67–72.
Hlavatsch M., Mizaikoff B. Advanced mid-infrared lightsources above and beyond lasers and their analytical. Analytical Sciences. 2022; 1–15.
Tarasov A. M., Novikov D. V., Gorelov D. V., Generalov S. S., Amelichev V. V. Formation of Blackened Aluminium by Vacuum-Thermal Evaporation for IR Emitters. Photonics Russia. 2023;17(6):488–496. DOI: 10.22184/1993‑7296.FRos.2023.17.6.488.496.
Информация об авторах
А. М. Тарасов. ORCID: 0000-0003-3648-8717
Д. В. Новиков. ORCID: 0000-0002-9518-1208
Д. В. Горелов. ORCID: 0000-0002-0887-9406
С. С. Генералов. ORCID: 0000-0002-7455-7800
В. В. Амеличев. ORCID: 0000-0002-4204-2626
Отзывы читателей
