EA028994B1 - MINIATURE OPTICAL CELL BASED ON LIGHT-EMITTING DIODES OF 1600-5000 nm SPECTRAL RANGE - Google Patents
MINIATURE OPTICAL CELL BASED ON LIGHT-EMITTING DIODES OF 1600-5000 nm SPECTRAL RANGE Download PDFInfo
- Publication number
- EA028994B1 EA028994B1 EA201600068A EA201600068A EA028994B1 EA 028994 B1 EA028994 B1 EA 028994B1 EA 201600068 A EA201600068 A EA 201600068A EA 201600068 A EA201600068 A EA 201600068A EA 028994 B1 EA028994 B1 EA 028994B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- photodiode
- led emitter
- led
- heterostructures
- substrate
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение, в целом, относится к устройствам для измерения концентрации газов в анализируемой среде, в частности к миниатюрным оптическим ячейкам для сенсоров химических веществ. Предложено устройство для измерения концентрации газов в анализируемой среде, содержащее корпус, в котором размещены по меньшей мере один светодиодный излучатель, фотодиод, электронный блок, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним светодиодным излучателем, плата предусилителя фотодиода, соединенная с электронным блоком, и плоские зеркала, причем корпус имеет отверстия для поступления в него анализируемой среды, по меньшей мере один светодиодный излучатель выполнен с возможностью создания излучения в спектральном диапазоне 1600-5000 нм, фотодиод спектрально согласован по меньшей мере с одним светодиодным излучателем, а плоские зеркала размещены с возможностью многократного изменения траектории излучения по меньшей мере от одного светодиодного излучателя и его направления на фотодиод, причем по меньшей мере один светодиодный излучатель установлен в корпусе с возможностью изменения его положения для регулировки длины пути излучения по меньшей мере от одного светодиодного излучателя до фотодиода.The present invention relates generally to devices for measuring the concentration of gases in an analyzed medium, in particular to miniature optical cells for chemical sensors. The proposed device for measuring the concentration of gases in the analyzed medium, comprising a housing in which at least one LED emitter, a photodiode, an electronic unit configured to control at least one LED emitter, a photodiode preamplifier board connected to the electronic unit, and flat mirrors, with the housing having openings for entering the analyzed medium into it, at least one LED emitter is configured to generate radiation in the spectral a range of 1600–5000 nm, a photodiode is spectrally matched with at least one LED emitter, and flat mirrors are arranged to repeatedly change the radiation path of at least one LED emitter and its direction to the photodiode, with at least one LED emitter installed in the housing with the possibility of changing its position to adjust the length of the path of radiation from at least one LED emitter to the photodiode.
028994028994
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates.
Настоящее изобретение, в целом, относится к устройствам для измерения концентрации газов в анализируемой среде, в частности к миниатюрным оптическим ячейкам для сенсоров химических веществThe present invention relates generally to devices for measuring the concentration of gases in an analyzed medium, in particular to miniature optical cells for chemical sensors.
Обзор уровня техникиOverview of the level of technology
Устройства для измерения концентрации газов в анализируемой среде получают все большее применение.Devices for measuring the concentration of gases in the analyzed medium are becoming increasingly used.
Например, из документа и§ 2005046851 А1 известна миниатюрная оптическая ячейка, содержащая лазерный диод, излучение от которого может многократно перенаправляться зеркалами. Однако такая оптическая ячейка характеризуется большой стоимостью и необходимостью юстировки посредством предназначенных для этого компонентов.For example, a miniature optical cell containing a laser diode, the radiation from which can be redirected by mirrors, is known from §§ 2005046851 A1. However, such an optical cell is characterized by high cost and the need for adjustment by means of components intended for this.
Часть указанных недостатков была решена в устройстве, известном из документа КИ 75885 И1, представляющем собой оптический газовый сенсор на основе иммерсионных диодных пар и содержащем источник ИК-излучения, кювету с газом и фотодетектор. Измерение концентрации газа заключается в зондировании кюветы с газом монохроматическим пучком света и измерении отношения величины сигнала на выходе кюветы при наличии и отсутствии в ней газа. Однако данное устройство требует юстировки перед началом каждого цикла измерений и имеет большие габариты за счет механических элементов для юстировки.Some of these drawbacks were solved in a device known from document KI 75885 I1, which is an optical gas sensor based on immersion diode pairs and contains a source of IR radiation, a gas cuvette and a photodetector. Measurement of gas concentration consists in probing a cuvette with a gas with a monochromatic beam of light and measuring the ratio of the signal magnitude at the exit of the cuvette in the presence and absence of gas in it. However, this device requires adjustment before the start of each measurement cycle and has large dimensions due to mechanical elements for adjustment.
Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION
Задачей настоящего изобретения является создание устройства для измерения концентрации газов в анализируемой среде, имеющего миниатюрные размеры, большую точность измерения, и характеризующегося отсутствием необходимости начальной юстировки, однако дающим возможность настройки внутренних параметров для изменения условий своей работы без наличия специальных компонентов.The present invention is the creation of a device for measuring the concentration of gases in the analyzed medium, which has miniature dimensions, greater measurement accuracy, and is characterized by the absence of the need for initial alignment, but making it possible to adjust the internal parameters to change the working conditions without the presence of special components.
Предложено устройство для измерения концентрации газов в анализируемой среде, содержащее корпус, в котором размещены по меньшей мере один светодиодный излучатель, фотодиод, электронный блок, выполненный с возможностью управления по меньшей мере одним светодиодным излучателем, плата предусилителя фотодиода соединенная с электронным блоком, и плоские зеркала, причем корпус имеет отверстия для поступления в него анализируемой среды, по меньшей мере один светодиодный излучатель выполнен с возможностью создания излучения в спектральном диапазоне 1600-5000 нм, фотодиод спектрально согласован по меньшей мере с одним светодиодным излучателем, а плоские зеркала размещены с возможностью многократного изменения траектории излучения по меньшей мере от одного светодиодного излучателя и его направления на фотодиод, причем по меньшей мере один светодиодный излучатель установлен в корпусе с возможностью изменения его положения для регулировки длины пути излучения по меньшей мере от одного светодиодного излучателя до фотодиода.A device for measuring the concentration of gases in the analyzed medium is proposed, comprising a housing in which at least one LED emitter, a photodiode, an electronic unit configured to control at least one LED emitter, a photodiode preamplifier board connected to an electronic unit, and flat mirrors are placed the housing has openings for entering the analyzed medium into it, at least one LED emitter is configured to create radiation in the spectral at a range of 1600–5000 nm, the photodiode is spectrally matched with at least one LED emitter, and flat mirrors are arranged to repeatedly change the radiation path from at least one LED emitter and its direction to the photodiode, with at least one LED emitter installed in the housing with the possibility of changing its position to adjust the length of the path of radiation from at least one LED emitter to the photodiode.
Предложенное устройство обеспечивает технический результат в виде возможности настройки внутренних параметров для изменения условий своей работы без наличия специальных компонентов, например, для изменения чувствительности измерений или изменения режимов работы.The proposed device provides a technical result in the form of the ability to adjust internal parameters to change the conditions of their work without the presence of special components, for example, to change the sensitivity of measurements or change modes of operation.
При этом конфигурация указанного устройства обеспечивает большую точность измерения концентрации газов в анализируемой среде, имеет миниатюрные размеры, и характеризуется отсутствием необходимости юстировки перед началом эксплуатации.At the same time, the configuration of the specified device provides greater accuracy in measuring the concentration of gases in the analyzed medium, has miniature dimensions, and is characterized by the absence of the need for adjustment before starting operation.
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения плоские зеркала установлены с возможностью изменения их положения для регулировки длины пути излучения по меньшей мере от одного светодиодного излучателя до фотодиода.According to one embodiment of the present invention, flat mirrors are installed with the possibility of changing their position to adjust the length of the radiation path from at least one LED emitter to the photodiode.
Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения фотодиод установлен с возможностью изменения его положения для регулировки длины пути излучения по меньшей мере от одного светодиодного излучателя до фотодиода.According to another embodiment of the present invention, the photodiode is mounted with the possibility of changing its position to adjust the length of the radiation path from at least one LED emitter to the photodiode.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения устройство дополнительно содержит опорный фотодиод.According to another implementation variant of the present invention, the device further comprises a reference photodiode.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения устройство дополнительно содержит по меньшей мере одну линзу, установленную в корпусе с возможностью фокусировки излучения по меньшей мере от одного светодиодного излучателя.According to another implementation variant of the present invention, the device further comprises at least one lens mounted in the housing with the possibility of focusing the radiation from at least one LED emitter.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения плоские зеркала размещены с возможностью создания по меньшей мере двух траекторий излучения по меньшей мере от одного светодиодного излучателя до фотодиода, причем по меньшей мере один светодиодный излучатель выполнен с возможностью изменения его положения таким образом, чтобы изменять траекторию излучения по меньшей мере от одного светодиодного излучателя между указанными по меньшей мере двумя траекториями излучения.According to another embodiment of the present invention, flat mirrors are arranged to create at least two radiation paths from at least one LED emitter to a photodiode, and at least one LED emitter is configured to change its position in such a way as to change the radiation path along at least one LED emitter between said at least two radiation paths.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения по меньшей мере один светодиодный излучатель содержит по меньше мере один светодиодный чип, выполненный на основе первых гетероструктур и/или на основе вторых гетероструктур, причем первые гетероструктуры имеют подложку, содержащую Оа8Ь, расположенный над подложкой активный слой, содержащий твердый раствор Оа1иА5§Ъ, расположенный над активным слоем ограничительный слой для локализации основных носи- 1 028994According to another embodiment of the present invention, at least one LED emitter comprises at least one LED chip made on the basis of the first heterostructures and / or on the basis of the second heterostructures, the first heterostructures having a substrate comprising Oha, an active layer located above the substrate solid solution Oa1AA5§b located above the active layer restrictive layer for the localization of the main nose- 1 028994
телей, содержащий твердый раствор А1СаАк8Ь, расположенный над ограничительным слоем контактный слой, содержащий Са8Ь. и буферный слой, содержащий твердый раствор Са1иАк8Ь, а вторые гетероструктуры имеют подложку, содержащую 1пАк, барьерный слой, содержащий 1п8ЬР, и активный слой, содержащий 1пАк8Ь(Р) и расположенный на барьерном слое или под ним.teli containing a solid solution A1CaAc8b, located above the bounding layer contact layer containing Ca8b. and a buffer layer containing Ca1AA8B solid solution, and the second heterostructures have a substrate containing 1pAc, a barrier layer containing 1p8bP, and an active layer containing 1pAc8b (P) and located on or under the barrier layer.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения буферный слой первых гетероструктур расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой.According to another embodiment of the present invention, the buffer layer of the first heterostructures is located between the substrate and the active layer and contains less indium than the active layer.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения во вторых гетероструктурах барьерный слой 1п8ЬР расположен на подложке, а активный слой 1пАк8ЬР расположен на барьерном слое.According to another embodiment of the present invention, in second heterostructures, the 1p8bP barrier layer is located on the substrate, and the active 1pc8bp layer is located on the barrier layer.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения каждый светодиодный чип на основе вторых гетероструктур содержит первый контакт, выполненный со стороны подложки, и второй контакт, выполненный со стороны активного слоя.According to another embodiment of the present invention, each LED chip based on second heterostructures comprises a first contact made on the side of the substrate and a second contact made on the side of the active layer.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения во вторых гетероструктурах активная область 1пАк8Ь расположена на подложке, а барьерный слой 1п8ЬР расположен на активной области.According to another embodiment of the present invention, in the second heterostructures, the active region of 1A8b is located on the substrate, and the barrier layer of 1x8BP is located on the active region.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения фотодиод и/или опорный фотодиод выполнены на основе гетероструктуры, содержащей последовательно расположенные подложку, содержащую 1пАк, активный слой, содержащий 1пАк8Ь, и барьерный слой, содержащий 1п8ЬР.According to another embodiment of the present invention, the photodiode and / or the reference photodiode is made on the basis of a heterostructure containing sequentially arranged substrate containing 1pAc, an active layer containing 1pA8b, and a barrier layer containing 1p8p.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения фотодиод и/или опорный фотодиод выполнены на основе гетероструктуры, содержащей последовательно расположенные подложку, содержащую Са8Ь. активный слой, содержащий Са1иАк8Ь, слои электрического и оптического ограничения, содержащие А1СаАк8Ь, и контактный слой, содержащий Са8Ь.According to another embodiment of the present invention, the photodiode and / or reference photodiode is made on the basis of a heterostructure containing sequentially arranged substrate containing Ca8b. an active layer containing Ca1Ac8b, layers of electrical and optical confinement containing A1CaAc8b, and a contact layer containing Ca8b.
Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения по меньшей мере один светодиодный излучатель и/или фотодиод и/или опорный фотодиод имеют оптическое покрытие из материала на основе сложной полупроводниковой халькогенидной системы, содержащей Ак, 8, 8е, причем халькогенидная система дополнительно содержит по меньшей мере один галоген, выбранный из группы, содержащей I, Вг, С1.According to another embodiment of the present invention, at least one LED emitter and / or photodiode and / or reference photodiode have an optical coating of a material based on a complex semiconductor chalcogenide system containing Ak, 8, 8e, and the chalcogenide system further comprises at least one halogen selected from the group consisting of I, Br, C1.
Другие аспекты настоящего изобретения могут быть понятны из последующего описания предпочтительных вариантов реализации и чертежей.Other aspects of the present invention can be understood from the following description of preferred embodiments and drawings.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 показано устройство для измерения концентрации газов в анализируемой среде согласно первому варианту реализации.FIG. 1 shows a device for measuring the concentration of gases in an analyzed medium according to the first embodiment.
На фиг. 2 показано устройство для измерения концентрации газов в анализируемой среде согласно второму варианту реализации.FIG. 2 shows a device for measuring the concentration of gases in the analyzed medium according to the second embodiment.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализацииDetailed description of preferred embodiments
В настоящем описании раскрыты предпочтительные варианты устройства для измерения концентрации газов в анализируемой среде, имеющего небольшие размеры, или, иначе, миниатюрной оптической ячейки для измерения концентрации газов в анализируемой среде. Данная миниатюрная оптическая ячейка используется в оптических сенсорах для химических соединений. Принцип работы миниатюрной оптической ячейки основан на поглощении инфракрасного излучения газом пропорционально его концентрации в атмосферном воздухе. Миниатюрная оптическая ячейка согласно настоящему изобретению имеет очень компактный и механически прочный корпус и позволяет измерять концентрации таких газов как метан и другие углеводороды, углекислый газ, угарный газ, пары воды с точностью до 100 ррт.In the present description disclosed preferred variants of the device for measuring the concentration of gases in the analyzed medium with small dimensions, or, otherwise, a miniature optical cell for measuring the concentration of gases in the analyzed medium. This miniature optical cell is used in optical sensors for chemical compounds. The principle of operation of a miniature optical cell is based on the absorption of infrared radiation by gas in proportion to its concentration in atmospheric air. The miniature optical cell according to the present invention has a very compact and mechanically robust housing and allows you to measure the concentrations of gases such as methane and other hydrocarbons, carbon dioxide, carbon monoxide, water vapor with an accuracy of 100 ppm.
Устройство для измерения концентрации газов в анализируемой среде согласно первому варианту реализации представлено на фиг. 1 и содержит цилиндрический корпус 1, в свою очередь, содержащий светодиодный излучатель 3, фотодиод 4, электронный блок, плату предусилителя фотодиода (не показаны) и плоские зеркала 2. Цилиндрический корпус 1 имеет одно или большее количество отверстий отверстия для поступления в него анализируемой среды. Согласно различным вариантам реализации корпус может характеризоваться диаметром 50-60 мм и толщиной 15 мм, а также может иметь другую форму, отличную от цилиндрической. Электронный блок предназначен для управления светодиодным излучателем, но может также иметь и дополнительные задачи. Указанное устройство согласно другим вариантам реализации может иметь большее количество светодиодных излучателей, и в этих вариантах реализации соответственно электронный блок управляет всеми светодиодными излучателями.A device for measuring the concentration of gases in the analyzed medium according to the first embodiment is shown in FIG. 1 and contains a cylindrical body 1, in turn, containing an LED emitter 3, a photodiode 4, an electronic unit, a photodiode preamplifier board (not shown) and flat mirrors 2. The cylindrical body 1 has one or more holes for receiving the analyzed medium . According to various embodiments, the housing may have a diameter of 50-60 mm and a thickness of 15 mm, and may also have a different shape than the cylindrical one. The electronic unit is designed to control the LED emitter, but may also have additional tasks. The specified device according to other variants of implementation may have a greater number of LED emitters, and in these embodiments, respectively, the electronic unit controls all LED emitters.
В устройстве согласно первому варианту реализации указанный светодиодный излучатель сконфигурирован с возможностью создания излучения в спектральном диапазоне 1600-5000 нм, а фотодиод 4 спектрально согласован с этим светодиодным излучателем 3. Плоские зеркала 2 размещены в корпусе устройства таким образом, что траектория излучения от светодиодного излучателя 3 может многократно изменяться с его направлением на фотодиод 4. Длина хода излучения в данном варианте реализации составляет примерно 143 мм. Таким образом, в указанном устройстве обеспечена возможность максимального оптического пути излучения, поскольку точность измерения концентрации газа зависит, в том числе, и от величины оптического пути светового луча в газовой среде.In the device according to the first embodiment, said LED emitter is configured to generate radiation in the spectral range of 1600-5000 nm, and photodiode 4 is spectrally matched with this LED emitter 3. Flat mirrors 2 are placed in the device case in such a way that the radiation path from the LED emitter 3 can be changed many times with its direction to the photodiode 4. The length of the radiation path in this embodiment is approximately 143 mm. Thus, in the specified device, the maximum optical path of the radiation is ensured, since the accuracy of measuring the concentration of gas depends, among other things, on the optical path of the light beam in the gaseous medium.
- 2 028994- 2,028,994
Кроме того, светодиодный излучатель 3 установлен в цилиндрическом корпусе 1 таким образом, что его положение может быть изменено для регулировки длины пути излучения от светодиодного излучателя 3 до фотодиода 4. Например, светодиодный излучатель может быть перемещен вдоль первоначальной траектории излучения или в другом направлении на некоторое расстояние.In addition, the LED emitter 3 is installed in the cylindrical housing 1 so that its position can be changed to adjust the length of the radiation path from the LED emitter 3 to the photodiode 4. For example, the LED emitter can be moved along the original radiation path or in another direction to some distance.
В некоторых вариантах реализации дополнительно к возможности изменения положения светодиодного излучателя также можно изменять положения одного или более плоского зеркала для регулировки длины пути излучения от светодиодного излучателя до фотодиода. В таких случаях плоские зеркала могут изменять свое угловое положение относительно траектории излучения или могут быть перемещены вдоль траектории излучения или в другом направлении.In some embodiments, in addition to the ability to change the position of the LED emitter, you can also change the position of one or more flat mirrors to adjust the length of the radiation path from the LED emitter to the photodiode. In such cases, flat mirrors can change their angular position relative to the radiation path or can be moved along the radiation path or in another direction.
Также в некоторых вариантах реализации можно изменять положение фотодиода соответствующим любым образом для регулировки длины пути излучения от светодиодного излучателя до фотодиода.Also in some embodiments, it is possible to change the position of the photodiode in any appropriate way to adjust the length of the radiation path from the LED emitter to the photodiode.
Устройство для измерения концентрации газов в анализируемой среде согласно второму варианту реализации показано на фиг. 2 аналогично устройство согласно первому варианту реализации, кроме того, что дополнительно содержит опорный фотодиод (не показан) в начале оптического пути для возможности самокалибровки оптической ячейки и увеличения точности измерений, две линзы 5, установленные в корпусе с возможностью фокусировки излучения от светодиодного излучателя, и дополнительные зеркала 2'. В других вариантах реализации устройство может содержать большее количество линз. Использование опорного фотодиода позволяет увеличить точность измерения концентрации газа, особенно в быстро меняющихся условиях окружающей среды (газовый поток с изменяющейся концентрацией, изменение температуры воздуха и т.п.).A device for measuring the concentration of gases in the analyzed medium according to the second embodiment is shown in FIG. 2 is similar to the device according to the first embodiment, in addition to additionally containing a reference photodiode (not shown) at the beginning of the optical path to allow the optical cell to self-calibrate and increase measurement accuracy, two lenses 5 installed in the housing with the ability to focus the radiation from the LED emitter, and additional mirrors 2 '. In other embodiments of the device may contain a larger number of lenses. Using the reference photodiode allows you to increase the accuracy of measuring the concentration of gas, especially in rapidly changing environmental conditions (gas flow with varying concentrations, changes in air temperature, etc.).
В устройстве для измерения концентрации газов в анализируемой среде согласно третьему варианту реализации взаимная конфигурация плоских зеркал позволяет создавать две траектории излучения от светодиодного излучателя до фотодиода, и изменение положения светодиодного излучателя позволяет изменить траекторию излучения от светодиодного излучателя между указанными двумя траекториями излучения, т.е. изменение положения светодиодного излучателя позволяет переходить на одну из двух траекторий излучения. В некоторых других вариантах реализации взаимная конфигурация плоских зеркал позволяет создавать более двух траекторий, и соответственно изменение положения светодиодного излучателя позволяет изменить траекторию излучения от него между этими траекториями.In the device for measuring the concentration of gases in the analyzed medium according to the third embodiment, the mutual configuration of flat mirrors allows two radiation paths from the LED emitter to the photodiode to be created, and changing the position of the LED emitter allows changing the radiation path from the LED emitter between these two radiation paths Changing the position of the LED emitter allows you to switch to one of two radiation paths. In some other embodiments, the mutual configuration of flat mirrors allows you to create more than two trajectories, and accordingly, changing the position of the LED emitter allows you to change the radiation path from it between these trajectories.
Используемый в раскрываемом устройстве согласно некоторым вариантам реализации светодиодный излучатель может содержать светодиодные чипы на основе первых гетероструктур и/или некоторых гетероструктур.Used in the disclosed device according to some embodiments, the LED emitter may comprise LED chips based on the first heterostructures and / or some heterostructures.
Светодиодные чипы на основе первых гетероструктур раскрыты в патенте ЕА 01830 того же заявителя, озаглавленном "Гетероструктура на основе твердого раствора Са1пЛ8§Ь, способ ее изготовления и светодиод на основе этой гетероструктуры" и характеризуются следующими особенностями. Светодиодные чипы на основе первых гетероструктур имеют подложку, содержащую Са8Ь, активный слой, содержащий твердый раствор Са1иЛ8§Ь и расположенный над подложкой, ограничительный слой для локализации основных носителей, содержащий твердый раствор ЛЮаЛкЗЬ и расположенный над активным слоем, контактный слой, содержащий Са8Ь и расположенный над ограничительным слоем, и буферный слой, содержащий твердый раствор Са1иЛ8§Ь. Буферный слой первой гетероструктуры представляет собой низколегированный буферный слой р0 с составом, близким к Са8Ь, благодаря которому обратновключенный р-η переход р0-Са1пЛ8§Ь/п-Са1пЛ8§Ь обеспечивает локализацию дырок в активной области вблизи гетерограницы между буферным слоем и активным слоем. Кроме того, выращивание структурносовершенного с минимальной концентрацией примесей и дефектов слоя р0-Са1пЛ8§Ь позволяет минимизировать влияние дефектов, прорастающих из подложки в активную область, что приводит к уменьшению глубоких акцепторных уровней и соответственно доли безызлучательной рекомбинации ШокклиРид-Холла. Кроме того, благодаря тому что гетероструктуру выращивают с низким уровнем легирования буферного слоя р0, т.е. уровнем, близким к собственной концентрации, получают существенное увеличение квантовой эффективности, причём прямое рабочее напряжение такой гетероструктуры увеличивается незначительно, т.е. не в несколько раз, как это имеет место в структурах тиристорного типа. При этом в процессе выращивания буферного слоя согласно настоящему изобретению не используют свинец в качестве нейтрального растворителя. Светодиодные чипы, изготовленные на основе первых гетероструктур, излучают в среднем инфракрасном диапазоне 1800-2400 нм.LED chips based on the first heterostructures are disclosed in the patent EA 01830 of the same applicant, entitled “Heterostructure based on solid solution Ca1Al8cb, method of its manufacture and LED based on this heterostructure” and are characterized by the following features. The LED chips based on the first heterostructures have a substrate containing Ca8L, an active layer containing CaCl3Lb solid solution and located above the substrate, a restriction layer for localizing the main carriers, containing LiYaLcZh solid solution and located above the active layer, a contact layer containing Ca8b and located above the restrictive layer, and the buffer layer containing the CaCl5 Li solid solution. A first buffer layer of the heterostructure is a low-alloy buffer layer p 0 with composition close to Sa8 whereby obratnovklyuchenny p-η transition -Sa1pL8§ p 0 / p-Sa1pL8§ provides localization of holes in the active region near the heterointerface between the buffer layer and the active by layer. In addition, growth of the p 0 -Ca1Pl8Gb layer with a minimum concentration of impurities and defects allows minimizing the effect of defects that grow from the substrate into the active region, which leads to a decrease in the deep acceptor levels and, accordingly, the fraction of ShokkliRid Hall nonradiative recombination. In addition, due to the fact that the heterostructure is grown with a low doping level of the buffer layer p 0 , i.e. a level close to its own concentration, a significant increase in quantum efficiency is obtained, and the direct operating voltage of such a heterostructure increases slightly, i.e. not several times, as is the case in thyristor-type structures. In the process of growing the buffer layer according to the present invention, lead is not used as a neutral solvent. LED chips, made on the basis of the first heterostructures, emit in the mid-infrared range of 1800-2400 nm.
Согласно одному из вариантов реализации буферный слой первых гетероструктур может быть расположен между подложкой и активным слоем и содержит индия меньше, чем активный слой. Светодиодные чипы на основе первых гетероструктур могут иметь первый контакт, выполненный со стороны подложки, и второй контакт, выполненный со стороны активного слоя. Также возможны варианты, при которых светодиодный чип на основе первых гетероструктур имеет первый контакт со стороны активного слоя, соединённый с контактным слоем, и второй контакт со стороны активного слоя, соединенный с подложкой. В некоторых случаях первый контакт выполняют сплошным, а второй контакт выполняют с частичным покрытием поверхности светодиодного чипа.According to one embodiment, the buffer layer of the first heterostructures can be located between the substrate and the active layer and contains indium less than the active layer. The LED chips based on the first heterostructures may have a first contact made on the substrate side and a second contact made on the active layer side. There are also options where the LED chip based on the first heterostructures has a first contact from the side of the active layer, connected to the contact layer, and a second contact from the side of the active layer, connected to the substrate. In some cases, the first contact is performed solid, and the second contact is performed with a partial coating of the surface of the LED chip.
Светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур раскрыты в патенте ЕА 018435 того же заявителя, озаглавленном "Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ИК-диапазона,LED chips based on second heterostructures are disclosed in patent EA 018435 of the same applicant, entitled "A method of manufacturing heterostructures (versions) for the middle IR range,
- 3 028994- 3,028,994
гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры". Вторые гетероструктуры, имеющих подложку, содержащую ΙηΑδ, барьерный слой, содержащий 1и§ЬР, и активный слой, содержащий 1иЛ8§Ь(Р) и расположенный на барьерном слое или под ним. Светодиодные чипы, изготовленные на основе вторых гетероструктур, излучают в среднем инфракрасном диапазоне 2600-4700 нм.heterostructure (variants) and LED and photodiode based on this heterostructure ". The second heterostructures having a substrate containing ΙηΑδ, a barrier layer that contains LiPi, and an active layer containing Li and Li (P) and located on the barrier layer or below it LED chips made on the basis of second heterostructures emit in the mid-infrared range of 2600-4700 nm.
В одном из вариантов реализации барьерный слой расположен на подложке, а активный слой расположен на барьерном слое. В этом случае возможно, что светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур содержат первый контакт, выполненный со стороны подложки, и второй контакт, выполненный со стороны активного слоя, или возможен вариант, при котором светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур содержат по меньшей мере два контакта, выполненных со стороны светодиода, противоположной излучающей стороне светодиода. В другом варианте реализации активная область во вторых гетероструктурах расположена на подложке, а барьерный слой расположен на активной области, причем для данного случая возможны варианты, когда светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур имеют первый контакт, выполненный со стороны барьерного слоя, и второй контакт, выполненный со стороны подложки, и когда светодиодные чипы на основе вторых гетероструктур содержат по меньшей мере два контакта, выполненных со стороны светодиода, противоположной излучающей стороне светодиода. В некоторых вариантах реализации первый контакт светодиодных чипов на основе вторых гетероструктур выполняют сплошным, а второй контакт выполняют с частичным покрытием поверхности светодиодного чипа.In one embodiment, the implementation of the barrier layer is located on the substrate, and the active layer is located on the barrier layer. In this case, it is possible that the LED chips based on the second heterostructures contain a first contact made on the substrate side, and a second contact made on the active layer side, or it is possible that the LED chips based on the second heterostructures contain at least two contacts, made from the side of the LED opposite to the radiating side of the LED. In another embodiment, the active region in the second heterostructures is located on the substrate, and the barrier layer is located on the active region, and in this case there are options when the LED chips based on the second heterostructures have a first contact made on the side of the barrier layer and a second contact made on the side of the substrate, and when the LED chips based on the second heterostructures contain at least two contacts made on the side of the LED opposite to the radiating side of the LED. In some embodiments, the first contact of the LED chips based on the second heterostructures is solid, and the second contact is performed with a partial coating of the surface of the LED chip.
В некоторых вариантах реализации фотодиод выполнен на основе гетероструктуры, технология изготовления которой описана в Евразийском патенте № 018300 "Гетероструктура на основе твёрдого раствора Оа1иЛ8§Ь, способ её изготовления и светодиод на основе этой гетероструктуры" настоящего заявителя. Указанная гетероструктура содержит последовательно расположенные подложку, содержащую Са§Ь. активный слой, содержащий Оа1иЛ8§Ь, слои электрического и оптического ограничения, содержащие ЛЮаЛкЗЬ, и контактный слой, содержащий Са§Ь.In some embodiments, the photodiode is made on the basis of a heterostructure, the manufacturing technology of which is described in the Eurasian patent No. 018300 "Heterostructure based on the solid NaaliL8§b solution, the method of its manufacture and the LED based on this heterostructure" of the present applicant. Said heterostructure contains successively arranged substrate containing Ca.S.L. an active layer containing Bailey, layers of electrical and optical confinement containing LOLs, and a contact layer containing Sais.
Кроме того, в некоторых вариантах реализации на светодиодный излучатель или светодиодные излучатели, а также на фотодиод и опорный фотодиод при его наличии нанесено халькогенидное стекло, как это уже было описано в заявке "Устройство для определения химических веществ в анализируемой среде" того же заявителя. В этом случае халькогенидное стекло представляет собой материал на основе сложной полупроводниковой халькогенидной системы, содержащей Άδ, §, §е, причем халькогенидная система дополнительно содержит по меньшей мере один галоген, выбранный из группы, содержащей Ι, Вг, С1.In addition, in some embodiments, chalcogenide glass is applied on the LED emitter or LED emitters, as well as on the photodiode and the reference photodiode, if it is already present, as described in the Application for Determining Chemicals in the Analyzed Medium of the same applicant. In this case, chalcogenide glass is a material based on a complex semiconductor chalcogenide system containing Άδ, §, ее, and the chalcogenide system additionally contains at least one halogen selected from the group containing Ι, Br, C1.
Необходимо отметить, что раскрываемые особенности указанного устройства в любом варианте реализации могут быть присущи различным вариантам реализации в любой их комбинации, если не указано иначе.It should be noted that the disclosed features of the specified device in any embodiment may be inherent in various embodiments in any combination thereof, unless otherwise indicated.
Настоящее изобретение не ограничено конкретными вариантами реализации, раскрытыми в описании в иллюстративных целях, и охватывает все возможные модификации и альтернативы, входящие в объем настоящего изобретения, определенный формулой изобретения.The present invention is not limited to the specific implementation options disclosed in the description for illustrative purposes, and covers all possible modifications and alternatives included in the scope of the present invention as defined by the claims.
Claims (14)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201600068A EA028994B1 (en) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | MINIATURE OPTICAL CELL BASED ON LIGHT-EMITTING DIODES OF 1600-5000 nm SPECTRAL RANGE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201600068A EA028994B1 (en) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | MINIATURE OPTICAL CELL BASED ON LIGHT-EMITTING DIODES OF 1600-5000 nm SPECTRAL RANGE |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201600068A1 EA201600068A1 (en) | 2017-06-30 |
| EA028994B1 true EA028994B1 (en) | 2018-01-31 |
Family
ID=59206024
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201600068A EA028994B1 (en) | 2015-12-18 | 2015-12-18 | MINIATURE OPTICAL CELL BASED ON LIGHT-EMITTING DIODES OF 1600-5000 nm SPECTRAL RANGE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA028994B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2679905C1 (en) * | 2018-03-15 | 2019-02-14 | Общество с ограниченной ответственностью "СпектраТех" | Water vapor content in the natural gas measuring method and system |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU883714A1 (en) * | 1978-10-10 | 1981-11-23 | Предприятие П/Я А-7629 | Manifold optical tray |
| RU2261501C2 (en) * | 2001-06-09 | 2005-09-27 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Semiconductor source of infrared radiation |
| RU75885U1 (en) * | 2008-03-26 | 2008-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ИнфраСелл" | OPTICAL GAS SENSOR BASED ON IMMERSION DIODE OPTOCARS |
| RU2484450C1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Infrared detector for measurement of concentration of molecules of toxic gases in air flow |
| EA018300B1 (en) * | 2012-09-07 | 2013-06-28 | Ооо "Лед Микросенсор Нт" | A GaInAsSb-ALLOY BASED PHOTODIODE HETEROSTRUCTURE, A METHOD OF PRODUCTION THEREOF AND A LIGHT-EMITTING DIODE BASED ON THE STRUCTURE |
| EA018435B1 (en) * | 2012-09-14 | 2013-07-30 | Ооо "Лед Микросенсор Нт" | Method for manufacturing heterostructures (embodiments) for mid-ir range, heterostructure (embodiments) and led and photodiode based on this heterostructure |
| RU157463U1 (en) * | 2015-06-26 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | TRACK GAS ANALYZER |
-
2015
- 2015-12-18 EA EA201600068A patent/EA028994B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU883714A1 (en) * | 1978-10-10 | 1981-11-23 | Предприятие П/Я А-7629 | Manifold optical tray |
| RU2261501C2 (en) * | 2001-06-09 | 2005-09-27 | Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН | Semiconductor source of infrared radiation |
| RU75885U1 (en) * | 2008-03-26 | 2008-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ИнфраСелл" | OPTICAL GAS SENSOR BASED ON IMMERSION DIODE OPTOCARS |
| RU2484450C1 (en) * | 2011-11-24 | 2013-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") | Infrared detector for measurement of concentration of molecules of toxic gases in air flow |
| EA018300B1 (en) * | 2012-09-07 | 2013-06-28 | Ооо "Лед Микросенсор Нт" | A GaInAsSb-ALLOY BASED PHOTODIODE HETEROSTRUCTURE, A METHOD OF PRODUCTION THEREOF AND A LIGHT-EMITTING DIODE BASED ON THE STRUCTURE |
| EA018435B1 (en) * | 2012-09-14 | 2013-07-30 | Ооо "Лед Микросенсор Нт" | Method for manufacturing heterostructures (embodiments) for mid-ir range, heterostructure (embodiments) and led and photodiode based on this heterostructure |
| RU157463U1 (en) * | 2015-06-26 | 2015-12-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | TRACK GAS ANALYZER |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2679905C1 (en) * | 2018-03-15 | 2019-02-14 | Общество с ограниченной ответственностью "СпектраТех" | Water vapor content in the natural gas measuring method and system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201600068A1 (en) | 2017-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102323208B1 (en) | Spectrometer including vetical stack structure and non-invasive biometric sensor including the spectrometer | |
| US6353225B1 (en) | Method for the selective detection of gasses and gas sensor for carrying out this method | |
| EP2948761B1 (en) | Miniature tunable laser spectrometer for detection of a trace gas | |
| US11686673B2 (en) | NDIR detector device for detecting gases having an infrared absorption spectrum | |
| CN109659388A (en) | The integrated optical sensor system of light source and the electronic device including it | |
| JP6365770B2 (en) | Optical analyzer and manufacturing method thereof | |
| CN100401040C (en) | Opto-electronic sensor | |
| WO2015021335A2 (en) | Optopairs with temperature compensable electroluminescence for use in optical gas absorption analyzer | |
| KR101532557B1 (en) | LED chip with built-in hybrid sensor and maunfacturing method thereof | |
| JP6500474B2 (en) | Optical analyzer | |
| EA028994B1 (en) | MINIATURE OPTICAL CELL BASED ON LIGHT-EMITTING DIODES OF 1600-5000 nm SPECTRAL RANGE | |
| RU75885U1 (en) | OPTICAL GAS SENSOR BASED ON IMMERSION DIODE OPTOCARS | |
| JP2015533419A (en) | Optical measuring apparatus and optical measuring method | |
| JP2006220625A (en) | Infrared gas detector | |
| WO2017105274A1 (en) | Miniature optical cell based on leds with a spectral range of 1600-5000 nm | |
| CN111201684B (en) | Semiconductor laser device, method for driving the same, gas analysis device, and storage medium | |
| Gibson et al. | Self powered non-dispersive infra-red CO2 gas sensor | |
| JP2016070687A (en) | Concentration measurement device | |
| CN110412608A (en) | Optical sensor and electronic equipment | |
| EA030406B1 (en) | Parallel-flux optical cell based on light-emitting diodes of 1600–5000 nm spectral range | |
| WO2017105275A1 (en) | Led-based optical cell with a parallel beam of radiation | |
| EA030530B1 (en) | Analyzer for analyzing the composition of liquid and solid substances | |
| WO2017105273A1 (en) | Analyzer for analyzing the composition of liquid and solid substances | |
| US20230076676A1 (en) | Sensing arrangement and corresponding detector device | |
| KR101165251B1 (en) | Spectrum detector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM |