DE4010570C2 - Process for monitoring combustion plants and arrangement for carrying out the process - Google Patents
Process for monitoring combustion plants and arrangement for carrying out the processInfo
- Publication number
- DE4010570C2 DE4010570C2 DE4010570A DE4010570A DE4010570C2 DE 4010570 C2 DE4010570 C2 DE 4010570C2 DE 4010570 A DE4010570 A DE 4010570A DE 4010570 A DE4010570 A DE 4010570A DE 4010570 C2 DE4010570 C2 DE 4010570C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- radiation
- depth
- silicon carbide
- recombination zone
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 27
- 230000006798 recombination Effects 0.000 claims description 16
- 238000005215 recombination Methods 0.000 claims description 16
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052756 noble gas Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000010678 Paulownia tomentosa Nutrition 0.000 description 1
- 240000002834 Paulownia tomentosa Species 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010871 livestock manure Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000029305 taxis Effects 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0312—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIVBIV compounds, e.g. SiC
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
- F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0216—Coatings
- H01L31/02161—Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/103—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN homojunction type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N2229/00—Flame sensors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung von Feuerungsanlagen, insbesondere von Ölbrennern, und eine An ordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Strahlungs detektor für ultraviolette Strahlung.The invention relates to a method for monitoring of combustion plants, in particular of oil burners, and an an order to carry out the procedure with a radiation detector for ultraviolet radiation.
Ein sicherer Betrieb von Feuerungsanlagen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, insbesondere Ölfeuerungsanlagen, ist bekanntlich wesentlich abhängig von der Stabilität des Verbrennungsprozesses. Wird ein ungewolltes Erlöschen der Flam me nicht angezeigt, so können größere Mengen von unverbranntem Brennstoff der Brennkammer zugeführt werden und die Rückzündung kann eine Explosion auslösen. Es sind deshalb entsprechende Überwachungseinrichtungen vorgesehen, die akustische Geräte, Fernseher oder auch Strahlungsdetektoren enthalten können. Die Lichtstrahlung der Brennerflamme wird jedoch im allgemeinen von einer aus der Atmosphäre kommenden Strahlung sowie von der Wärmestrahlung der heißen Kammerwände überlagert. Ferner be steht vor allem im Ultraviolett-Bereich die Gefahr, daß das Licht benachbarter Flammen durch gasförmige Brennstoffanteile, beispielsweise Ölnebel, gestreut und dadurch das Signal ver fälscht wird. Man kann zwar den Einfluß der Streustrahlung dadurch begrenzen, daß der Detektor möglichst nahe an der Flamme angeordnet wird; hierzu sind jedoch nur Sensoren für verhältnismäßig hohe Temperaturen geeignet.Safe operation of combustion plants using fossil fuels Fuels are operated, especially oil firing systems, is known to be significantly dependent on the stability of the Combustion process. If the flame goes out unintentionally me not shown, so larger amounts of unburned Fuel can be supplied to the combustion chamber and backfire can cause an explosion. Therefore they are appropriate Monitoring devices provided the acoustic devices, TV or radiation detectors can contain. The However, light radiation from the burner flame is generally from radiation coming from the atmosphere as well as from Thermal radiation is superimposed on the hot chamber walls. Furthermore be especially in the ultraviolet range there is a risk that Light from neighboring flames through gaseous fuel components, for example oil mist, scattered and thereby ver the signal is faked. One can see the influence of scattered radiation limit that the detector as close as possible to the Flame is arranged; however, only sensors for relatively high temperatures suitable.
In einer bekannten Ausführungsform eines Flammensensors ist als Strahlungsdetektor eine gasgefüllte Röhre vorgesehen, die im UV-Bereich empfindlich ist. Das Empfindlichkeitsmaximum der Röhre liegt bei etwa 180 bis 200 nm, d. h. gerade in dem Spek tralbereich, in dem das Signal durch Streustrahlung an Ölnebeln besonders beeinflußt werden kann. Ferner sind bei gasgefüllten Röhren Alterungserscheinungen nicht ausgeschlossen. Eine andere optische Methode ist der Flackersensor. Der Flackersensor ar beitet nicht mit gasgefüllten Röhren, sondern mit Siliziumpho todioden. Hierzu sind zwei gekreuzte Strahlen vorgesehen, denen jeweils eine Silizium-Photozelle als Detektor zugeordnet ist. Den Detektoren wird die gesamte sichtbare Strahlung zugeführt. Der Kreuzungspunkt der Strahlen bestimmt den Empfindlichkeits bereich. Diese Anordnung erfordert jedoch einen verhältnismäßig großen Aufwand (J. Phys. E.: Sci. Instr. 21 (1988), Seiten 921 bis 928).In a known embodiment of a flame sensor is as Radiation detector provided a gas-filled tube, which in the UV range is sensitive. The maximum sensitivity of the Tube is around 180 to 200 nm, i.e. H. just in the specter tral range in which the signal due to scattered radiation from oil mist can be particularly influenced. Furthermore, gas-filled Tubes signs of aging are not excluded. Another The optical method is the flicker sensor. The flicker sensor ar does not work with gas-filled tubes, but with silicon po death periods. For this purpose, two crossed beams are provided, which one silicon photocell is assigned as a detector. All visible radiation is fed to the detectors. The crossing point of the rays determines the sensitivity Area. However, this arrangement requires a proportionate one great effort (J. Phys. E .: Sci. Instr. 21 (1988), pages 921 to 928).
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von Feuerungsanlagen anzugeben, das eine Früherken nung einer im Verlöschen befindlichen Flamme ermöglicht und bei dem sowohl ein störender Einfluß von Streulicht als auch der Einfluß von Tageslicht auf die Überwachung ausgeschlossen ist. Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens soll eine hohe Wärmebeständigkeit haben und somit dicht an die spezielle Flam me einer Flammenreihe herangebracht werden können. Ferner soll die Anordnung über längere Zeit möglichst wartungsfrei betrie ben werden können und eine Beeinflussung durch benachbarte Flammen ausgeschlossen sein. Außerdem soll die Anordnung durch eine kurze Ansprechzeit als Flackersensor dienen und damit durch Vergleich von Flackersignal und Durchschnittsintensität eine Früherkennung einer im Verlöschen befindlichen Flamme möglich sein.The invention is based on the object of a method for Monitoring of firing systems indicate that an earlier enables a flame in the process of extinguishing and at which both a disturbing influence of scattered light and the The influence of daylight on the surveillance is excluded. An arrangement for performing the method is said to be high Have heat resistance and therefore close to the special flame me a row of flames can be brought up. Furthermore should the arrangement was operated as maintenance-free as possible over a long period of time ben and an influence by neighboring Flames to be excluded. In addition, the arrangement is said to a short response time serve as a flicker sensor and thus by comparing flicker signal and average intensity an early detection of a flame in the process of extinguishing to be possible.
Die Erfindung besteht nun in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Damit ist sowohl ein störender Einfluß des kurz welligen Streulichts als auch ein Einfluß der langwelligen Strahlung der Kammerwände ausgeschlossen.The invention now consists in the characterizing features of Claim 1. This is both a disruptive influence of the short wavy scattered light as well as an influence of long-wave Radiation from the chamber walls excluded.
Ein Strahlungsdetektor für UV-Strahlung mit einem Halbleiter körper aus Siliziumkarbid ist bekanntlich empfindlich in einem Bereich der Wellenlänge von etwa 200 bis 450 nm und kann bei Temperaturen bis wenigstens 700°C betrieben werden. Dieser Strahlungsdetektor enthält ein Substrat aus Siliziumkarbid, das durch Epitaxie mit einer p-leitenden Schicht der 6H-Modifika tion versehen ist. Diese Epitaxieschicht enthält einen pn-Übergang, der durch Implantation von n-leitendem Dotierungs stoff hergestellt ist (SPIE, Bd. 868 (1987), Seiten 40 bis 45).A radiation detector for UV radiation with a semiconductor Silicon carbide body is known to be sensitive in one Range of wavelength from about 200 to 450 nm and can be at Temperatures can be operated up to at least 700 ° C. This Radiation detector contains a silicon carbide substrate that by epitaxy with a p-type layer of the 6H modification tion is provided. This epitaxial layer contains a pn junction, by implanting n-type doping fabric is produced (SPIE, Vol. 868 (1987), pages 40 to 45).
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß durch beson dere Maßnahmen der Empfindlichkeitsbereich dieser bekannten Strahlungsdetektoren dem Spektralbereich eines Flammensensors angepaßt werden kann.The invention is now based on the knowledge that by special measures the range of sensitivity of these known Radiation detectors the spectral range of a flame sensor can be adjusted.
Durch eine Rekombinationszone zwischen der Oberfläche der Epi taxieschicht und dem pn-Übergang wird die untere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs E angehoben, weil in dieser Schicht die kurzwellige Strahlung von weniger als 220 nm, insbesondere weniger als 250 nm, absorbiert wird und die entstehenden La dungsträger sofort rekombinieren. Das Detektorsignal kann somit durch Streulicht, das im wesentlichen in einem Bereich der Wellenlänge von etwa 180 bis 220 nm auftritt, nicht mehr beeinflußt werden. Diesen unteren Grenzwert erhält man mit einer Dicke der Rekombinationszone von wenigstens 0,08 µm, insbesondere etwa 0,15 µm. Mit einer sehr geringen Abklingzeit des Ausgangssignals dieses Sensors erhält man zugleich einen Flackersensor.Through a recombination zone between the surface of the epi taxis layer and the pn junction becomes the lower limit of the Sensitivity range E raised because in this layer the short-wave radiation of less than 220 nm, in particular less than 250 nm, is absorbed and the resulting La Recombine manure immediately. The detector signal can thus by stray light that is essentially in one area the wavelength of about 180 to 220 nm occurs, no longer to be influenced. You get this lower limit with a thickness of the recombination zone of at least 0.08 µm, in particular about 0.15 µm. With a very short cooldown the output signal of this sensor is also obtained Flicker sensor.
In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung zur Durchfüh rung des Verfahrens wird die Epitaxieschicht mit einer vergra benen Damageschicht versehen, deren Tiefe höchstens etwa 8 µm, insbesondere höchstens etwa 3,5 µm, beträgt. Diese Epitaxie schicht kann vorzugsweise durch Implantation eines Edelgases, insbesondere Helium, hergestellt werden. Diese Damageschicht verhindert, daß langwelliges Licht mit einer Wellenlänge größer als 350 nm, insbesondere größer als 325 nm, einen Beitrag zum Detektorsignal liefert. Wird in dieser Ausführungsform die Dicke der Rekombinationszone etwa 0,15 um und der Abstand der Damage-Schicht von der Oberfläche etwa 3,5 µm gewählt, so er hält man einen bevorzugten Empfindlichkeitsbereich E des Flam mensensors zwischen 250 und 325 nm. Es wird somit auch der Einfluß des Lichts im oberen UV-Bereich zwischen 325 und etwa 380 nm ausgeschlossen.In a special embodiment of the arrangement for implementation tion of the procedure, the epitaxial layer is greyed out layer, the depth of which is at most about 8 µm, in particular at most about 3.5 microns. This epitaxy layer can preferably by implantation of a noble gas, especially helium. This Damascus layer prevents long-wave light with a wavelength longer than 350 nm, in particular greater than 325 nm, a contribution to Detector signal delivers. In this embodiment, the Recombination zone thickness about 0.15 µm and the distance of Damage layer chosen from the surface about 3.5 microns, he says you keep a preferred sensitivity range E of the Flam mensensor between 250 and 325 nm Influence of light in the upper UV range between 325 and approximately 380 nm excluded.
Zusätzlich können durch eine Vergütung der Oberfläche durch eine Antireflexionsschicht mit einem engen Bereich der Durch laßwellenlänge die störenden Einflüsse noch weiter begrenzt werden.In addition, by surface coating an anti-reflective layer with a narrow area of the through let wavelength further limit the disturbing influences will.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung als Querschnitt schematisch veranschaulicht ist. In Fig. 2 ist die Absorptionskennlinie eines Flammensensors in einem Diagramm veranschaulicht.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which FIG. 1 schematically illustrates an exemplary embodiment of an arrangement for carrying out the method according to the invention as a cross section. In Fig. 2, the absorption characteristic of a flame sensor is illustrated in a diagram.
In der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens enthält ein Flammensensor ein Substrat 2 aus Siliziumkarbid, das mit einer p-leitenden Epitaxieschicht 4 der 6H-Modifikation des Silizium karbids mit einer Dicke von beispielsweise etwa 5 µm versehen ist. Unterhalb der Oberfläche enthält die Epitaxieschicht 4 eine n-leitende Dotierungsschicht 6, so daß ein pn-Übergang 8 gebildet wird. Die Dotierungsschicht 6 mit einer Dicke von bei spielsweise etwa 0,2 bis 1,5 µm, vorzugsweise etwa 0,3 bis 1 µm, insbesondere etwa 0,5 µm, ist hergestellt durch Implan tation von n-leitendem Dotierungsstoff, beispielsweise Arsen oder Antimon, insbesondere Stickstoff. In dieser Dotierungs schicht 6 ist an der Oberfläche eine strichpunktiert angedeu tete Rekombinationszone 10 gebildet, deren Dicke die untere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs des Flammensensors be stimmt. Diese Rekombinationszone 10 erhält man durch Implan tation eines Edelgases, beispielsweise Xenon oder Krypton, insbesondere Argon.In the arrangement for carrying out the method, a flame sensor contains a substrate 2 made of silicon carbide, which is provided with a p-type epitaxial layer 4 of the 6H modification of the silicon carbide with a thickness of, for example, approximately 5 μm. Below the surface, the epitaxial layer 4 contains an n-type doping layer 6 , so that a pn junction 8 is formed. The doping layer 6 with a thickness of, for example, approximately 0.2 to 1.5 μm, preferably approximately 0.3 to 1 μm, in particular approximately 0.5 μm, is produced by implantation of n-type dopant, for example arsenic or antimony , especially nitrogen. In this doping layer 6 , a dot-dash recombination zone 10 is formed on the surface, the thickness of which determines the lower limit of the sensitivity range of the flame sensor. This recombination zone 10 is obtained by implantation of a noble gas, for example xenon or krypton, in particular argon.
Beispielsweise erhält man mit einer Dosis von vorzugsweise etwa 4×10¹⁴ cm-2 bei einer Spannung von etwa 140 kV eine Rekombina tionszone 10 mit einer Dicke von etwa 0,1 µm und eine maximale Dotierungskonzentration von etwa 5×10¹⁹ cm-3. Mit einer Tiefe der Rekombinationszone 10 von etwa 0,08 µm erhält man die untere Grenze des spektralen Empfindlichkeitsbereichs des Flam mensensors von etwa 220 nm. Vorzugsweise kann die Dicke der Rekombinationszone 10 etwa 0,15 µm gewählt werden; damit erhält man eine untere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs von etwa 250 nm.For example, with a dose of preferably about 4 × 10¹⁴ cm -2 at a voltage of about 140 kV, a recombination zone 10 with a thickness of about 0.1 µm and a maximum doping concentration of about 5 × 10¹⁹ cm -3 . With a depth of the recombination zone 10 of approximately 0.08 μm, the lower limit of the spectral sensitivity range of the flame sensor of approximately 220 nm is obtained. The thickness of the recombination zone 10 can preferably be selected to be approximately 0.15 μm; this gives a lower limit of the sensitivity range of about 250 nm.
In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung kann die Epitaxieschicht 4 noch mit einer vergra benen Damageschicht 12 versehen werden, deren Begrenzung in der Figur gestrichelt angedeutet ist. Diese Damageschicht wird da durch hergestellt, daß in die Oberfläche der Epitaxieschicht 4 Helium mit einer Dosis von beispielsweise etwa 1,2×10¹⁵ cm-2 bei einer Spannung von 1,3 MeV implantiert wird. Damit erhält man ein Konzentrationsmaximum der Heliumatome von etwa 1×10¹⁹ cm-3. Nur die in dem Bereich der Epitaxieschicht 4 zwischen der Rekombinationszone 10 und der gestrichelt darge stellten Grenze der Damageschicht entstehenden Ladungsträger werden am pn-Übergang eingesammelt. Das langwellige Licht, das über die gestrichelte Grenze der Damageschicht 12 hinaus bis in den unteren Bereich 13 der Epitaxieschicht 4 vordringt, kann zwar Ladungsträger freisetzen, die jedoch in diesem Bereich wieder rekombinieren. Die Tiefe der Damageschicht 12 bestimmt deshalb die obere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs des Flammensensors.In a special embodiment of the arrangement according to the invention, the epitaxial layer 4 can also be provided with an engraved damage layer 12 , the limitation of which is indicated by dashed lines in the figure. This Damageschicht is produced by that 4 helium is implanted in the surface of the epitaxial layer with a dose of, for example, about 1.2 × 10¹⁵ cm -2 at a voltage of 1.3 MeV. This gives a maximum concentration of helium atoms of about 1 × 10¹⁹ cm -3 . Only the charge carriers arising in the area of the epitaxial layer 4 between the recombination zone 10 and the border of the damaging layer shown in dashed lines are collected at the pn junction. The long-wave light, which penetrates beyond the dashed boundary of the damageclayer 12 into the lower region 13 of the epitaxial layer 4 , can release charge carriers, but they recombine in this region. The depth of the damaging layer 12 therefore determines the upper limit of the sensitivity range of the flame sensor.
In einem zentralen Bereich ist die Epitaxieschicht 4 mit einer Elektrode 14 versehen, die aus Metall, beispielsweise Gold, vorzugsweise Nickel, insbesondere Palladium, besteht. Eine Nickelelektrode kann auf dem Halbleiterkörper bei einer Tempe ratur befestigt werden, die 200°C nicht wesentlich überschrei tet. Für das Anbringen einer Palladiumelektrode benötigt man nur etwa 100°C. Die Erwärmung des Halbleiterkörpers bleibt somit gering. Im Randbereich ist der Flammensensor zur Passi vierung mit einer Isolierschicht 16 versehen, die beispiels weise aus Siliziumdioxid SiO₂ oder aus Siliziumoxid SiO be stehen kann.In a central area, the epitaxial layer 4 is provided with an electrode 14 which consists of metal, for example gold, preferably nickel, in particular palladium. A nickel electrode can be attached to the semiconductor body at a temperature that does not significantly exceed 200 ° C. You only need about 100 ° C to attach a palladium electrode. The heating of the semiconductor body thus remains low. In the edge region, the flame sensor for passivation is provided with an insulating layer 16 , which can be made of silicon dioxide SiO₂ or silicon oxide SiO, for example.
In einer besonderen Ausführungsform des Flammensensors ist die freie Oberfläche der Rekombinationszone 10 noch mit einer sehr dünnen Vergütung 18 versehen, die beispielsweise aus Silizium dioxid bestehen kann. Diese Vergütung wirkt als Antireflex schicht und absorbiert kurzwellige und langwellige UV-Strah lung. Die Durchlaßwellenlänge dieser Vergütungsschicht liegt im bevorzugten Bereich der Empfindlichkeit des Flammensensors, nämlich zwischen 250 und 325 nm, vorzugsweise zwischen etwa 280 und 310 nm, insbesondere bei etwa 300 nm.In a special embodiment of the flame sensor, the free surface of the recombination zone 10 is also provided with a very thin coating 18 , which can consist, for example, of silicon dioxide. This coating acts as an anti-reflective coating and absorbs short-wave and long-wave UV radiation. The transmission wavelength of this coating is in the preferred range of the sensitivity of the flame sensor, namely between 250 and 325 nm, preferably between approximately 280 and 310 nm, in particular approximately 300 nm.
Im Diagramm gemäß Fig. 2 ist die Eindringtiefe D der Strahlung in die Epitaxieschicht 4 des Flammensensors in µm über der Wellenlänge λ in nm aufgetragen. Die Quanten dringen bis zu einer ihrer Wellenlänge entsprechenden Tiefe D in die Epitaxie schicht 4 ein. Gemäß der an sich bekannten Absorptionskennlinie A dringen die Quanten der Strahlung mit einer Wellenlänge λ bis zu 220 nm in eine Tiefe D bis zu etwa 0,08 µm und die Quanten mit einer Wellenlänge λ bis zu 250 nm in eine Tiefe bis zu etwa 0,15 µm ein. Die Rekombinationszone 10 verhindert, daß die ge bildeten Ladungsträger am pn-Übergang 8 eingesammelt werden. Diese Strahlung kann somit keinen Beitrag zum Ausgangssignal des Flammensensors liefern und wird durch die Rekombinations zone 10 unwirksam gemacht. In the diagram according to FIG. 2, the penetration depth D of the radiation in the epitaxial layer 4 of the flame sensor in microns on the wavelength λ in nm plotted. The quanta penetrate into the epitaxy layer 4 to a depth D corresponding to their wavelength. According to the absorption characteristic A known per se, the quanta of the radiation with a wavelength λ of up to 220 nm penetrate to a depth D of up to about 0.08 μm and the quanta with a wavelength of λ up to 250 nm into a depth of up to about 0. 15 µm. The recombination zone 10 prevents the charge carriers formed from being collected at the pn junction 8 . This radiation can thus make no contribution to the output signal of the flame sensor and is rendered ineffective by the recombination zone 10 .
In der bevorzugten Ausführungsform des Flammensensors mit einer Tiefe D der Damageschicht 12 von höchstens etwa 8 µm bleibt auch der langwellige Anteil der Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 350 nm, der unterhalb der gestrichelten Grenze der Damageschicht 12 in die Epitaxieschicht 4 eintreten kann, für das Ausgangssignal des Flammensensors unwirksam. Die Tiefe D der Damageschicht wird insbesondere höchstens 3,5 µm gewählt. Damit bleibt das Licht mit einer Wellenlänge 325 nm unwirksam und man erhält einen Bereich der spektralen Empfindlichkeit E von 250 bis 325 nm.In the preferred embodiment of the flame sensor with a depth D of the damage layer 12 of at most about 8 μm, the long-wave portion of the radiation with a wavelength of more than 350 nm, which can enter the epitaxial layer 4 below the dashed boundary of the damage layer 12 , also remains the output signal of the flame sensor is ineffective. The depth D of the damageclayer is chosen to be at most 3.5 µm. The light with a wavelength of 325 nm thus remains ineffective and a range of spectral sensitivity E of 250 to 325 nm is obtained.
In der Regel geht dem Erlöschen der Flamme ein relativ zum Gesamtsignal großes Flackersignal voran. Die Anordnung gemäß der Erfindung als Flammensensor erlaubt zugleich eine Erfassung des Flackerns, da die Flackerfrequenz in der Größenordnung von 100 Hz, die Abklingzeit des Sensors aber in der Größenordnung von 10-7 s liegt.As a rule, the extinguishing of the flame is preceded by a flickering signal that is large relative to the overall signal. The arrangement according to the invention as a flame sensor also allows the flickering to be detected, since the flickering frequency is in the order of 100 Hz, but the decay time of the sensor is in the order of 10 -7 s.
Die Flackerintensität läßt sich von der Konstantintensität elektronisch leicht trennen, beispielsweise durch Gleichrich tung. Ferner läßt sich elektronisch leicht der Quotient zwi schen beiden Intensitäten bilden, entweder durch Umwandlung in Digitalsignale und digitale Quotientenbildung oder beispiels weise analog mittels eines Hallgenerators mit konstant gehal tenem Ausgangssignal.The flickering intensity can be determined by the constant intensity easily separated electronically, for example by rectification tung. Furthermore, the quotient between form two intensities, either by conversion into Digital signals and digital quotient formation or example wise analog by means of a Hall generator with constant salary output signal.
Bei hohen und zeitlich ansteigendem Flackeranteil kann ein da hintergeschalteter Schaltkreis mit hoher Zuverlässigkeit eine Gefahrensituation anzeigen und von ungefährlichen Situationen trennen.With a high and temporally increasing flicker percentage, a downstream circuit with high reliability one Show dangerous situation and safe situations separate.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4010570A DE4010570C5 (en) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4010570A DE4010570C5 (en) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4010570A1 DE4010570A1 (en) | 1991-10-10 |
| DE4010570C2 true DE4010570C2 (en) | 1998-02-19 |
| DE4010570C5 DE4010570C5 (en) | 2005-06-02 |
Family
ID=6403586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4010570A Expired - Fee Related DE4010570C5 (en) | 1990-04-02 | 1990-04-02 | Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4010570C5 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4430196C1 (en) * | 1994-08-25 | 1996-01-18 | Eberspaecher J | Vehicle heater with flame detector |
| US5829962A (en) * | 1996-05-29 | 1998-11-03 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et, L'exploitation Des Procedes Georges | Method and apparatus for optical flame control of combustion burners |
| US6045353A (en) | 1996-05-29 | 2000-04-04 | American Air Liquide, Inc. | Method and apparatus for optical flame control of combustion burners |
| US6472669B1 (en) * | 1999-02-02 | 2002-10-29 | Abb Research Ltd. | Silicon carbide photodiode based flame scanner |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3504181A (en) * | 1966-10-06 | 1970-03-31 | Westinghouse Electric Corp | Silicon carbide solid state ultraviolet radiation detector |
| EP0177918A2 (en) * | 1984-10-09 | 1986-04-16 | Honeywell Inc. | UV detector and method for fabricating it |
-
1990
- 1990-04-02 DE DE4010570A patent/DE4010570C5/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3504181A (en) * | 1966-10-06 | 1970-03-31 | Westinghouse Electric Corp | Silicon carbide solid state ultraviolet radiation detector |
| EP0177918A2 (en) * | 1984-10-09 | 1986-04-16 | Honeywell Inc. | UV detector and method for fabricating it |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SPIE, Bd. 868 (1987), S. 40-45 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4010570A1 (en) | 1991-10-10 |
| DE4010570C5 (en) | 2005-06-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE4208172B4 (en) | Highly sensitive photodiode for detection of UV radiation | |
| DE1918556A1 (en) | A method of manufacturing a semiconductor device | |
| DE1032404B (en) | Process for the production of surface semiconductor elements with p-n layers | |
| EP1758178A2 (en) | Method and device for detecting production defects in a semiconductor element | |
| Slack et al. | Infrared luminescence of Fe 2+ in ZnS | |
| DE1298209B (en) | Photoelectric semiconductor diode | |
| DE112018007556B4 (en) | Silicon carbide detector and its manufacturing process | |
| DE2119945A1 (en) | Photoelectric semiconductor device | |
| DE19534574C2 (en) | Doping process for the production of homojunctions in semiconductor substrates | |
| EP0986110A1 (en) | Light receiving semiconductor device and its use in flame control | |
| DE60121095T2 (en) | Optical spectrometer and method for determining the temperature of a combustion flame | |
| DE4010570C2 (en) | Process for monitoring combustion plants and arrangement for carrying out the process | |
| DE3234096C2 (en) | ||
| DE2161712A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR INVESTIGATING THE INTERFACE CONCENTRATION OF SEMICONDUCTORS | |
| DE2538248B2 (en) | Electroluminescent diode and process for its manufacture | |
| DE3740174C2 (en) | ||
| DE6926306U (en) | HIGHLY SELECTIVE ELECTROMAGNETIC RADIATION MEASURING DEVICE. | |
| DE102014018722B3 (en) | Method, SiC semiconductor detector and its use and detector arrangement having this for the detection of sunlight | |
| Bubulac et al. | Spatial origin of various PL lines in CdTe at 77 K | |
| DE4230298C2 (en) | Atomic absorption spectrometer and high pressure lamp for an atomic absorption spectrometer | |
| Pelant et al. | Photoluminescence assessment of B, P, and Al in Si wafers: The problem of sample heating by a laser beam | |
| DE1589527A1 (en) | Semiconductor dosimeter | |
| Schwarzwald et al. | Fluorescence studies of OH and CN radicals in atmospheric pressure flames using picosecond excitation | |
| DE19727693A1 (en) | Method and device for producing electrically conductive passages in semiconductor components | |
| EP1440475B1 (en) | Transmission detector and a corresponding production method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: H01L 31/103 |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8363 | Opposition against the patent | ||
| 8366 | Restricted maintained after opposition proceedings | ||
| 8392 | Publication of changed patent specification | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |