Browsing by Author "Когут, Ігор Тимофійович"

Now showing 1 - 3 of 3

Розроблення світловипромінювачів та фотодетекторів на основі гетерошарів II-VI сполук
(Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, 2020) Сльотов, Олексій Михайлович; Політанський, Леонід Францович; Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича; Вербицький, Володимир Григорович; Осадчук, Олександр Володимирович; Когут, Ігор Тимофійович
Дисертаційна робота присвячена проблемі розроблення високоефективних фотодетекторів та світловипромінювальних структур із розширеним діапазоном робочих температур 300-570 К і радіаційно стійких параметрів. Опановано методику отримання гетероструктур, визначено технологічні режими ізовалентного заміщення (ІВЗ) і отримано джерела випромінювання з високою квантовою ефективністю η = 7-20 % при 300 К у широкій спектральній області Δλ = 0,350-0,885мкм. Вперше виготовлено джерела високоефективного короткохвильового випромінювання з η ≈ 12-15 % на ГШ нетипових гексагональних модифікацій α-ZnSe, α-ZnS і твердих розчинів α-ZnSехS1-х, світловипромінювачі на основі яких генерують випромінювання у ближній УФ області. Встановлено стійкість люмінесцентних властивостей α-ZnSe до опромінення потоком електронів густиною D ≈ 7,5·1015 електрон/см2 з енергією Е ~ 2 МеВ. Запропоновано режими виготовлення гетероструктр α-ZnSe/α-CdSe зі спектрами люмінесценції у фіолетовому (Δλ = 0,41-0,47 мкм), синьому (Δλ = 0,46-0,49 мкм) і зеленому (Δλ = 0,49-0,55 мкм) діапазонах з повторюваними характеристиками, параметрами та високою спектральною чистотою кольору 92,3 %, 97,6 %, 98 % відповідно до максимумів при λm1 = 0,446 мкм, λm2 = 0,477 мкм, λm3 = 0,517 мкм. Вперше отримано поляризоване випромінювання на ГШ α-ZnSe. Розроблено конструкцію і виготовлено методом ІВЗ високоефективні джерела випромінювання з η ≈ 15% на гетероструктурах сульфоселенідів кадмію нетипової кубічної модифікації з стабільними параметрами і властивостями у короткохвильовому діапазоні. Виготовлені світловипромінювачі з наноструктурованою поверхнею відпалом на повітрі Cd1-xMnxTe при Ta ≈ 650 ± 20 °С та халькогенідів кадмію при Ta = 550-650 °С і хімічній обробці гетерошарів сульфоселенідів цинку у травнику H2SO4:H2O2 = 3:1. Отримано інтенсивне випромінювання в ближній УФ області з максимумом ћωm = 3,24 еВ і ефективністю η = 15-20 % на α-ZnSe внаслідок формування наноструктурованої поверхні. Отримано високоефективні фотоприймачі на основі твердих розчинів ZnSe-MgSe та гетеропереходів n-CdTe–p-ZnTe з широким діапазоном спектральної чутливості Δλ = 0,38-0,82 мкм, лінійності фотоструму при експлуатації в режимі короткого замикання і виявляючою здатністю не менше 10 13 В -1 см∙Гц ½ при 300 К. Визначено для гетеропереходів максимальну величину к.к.д. ≈5% при 300 К при освітленні АМ2. Виготовлено методом дифузії ізовалетної домішки Mg на отриманих гетерошарах α-ZnSe p-n-структури з областю фоточутливості при Δλ = 0,335-0,477 мкм. Диссертация посвящена проблеме разработки высокоэффективных фотодетекторов и светоизлучающих структур с расширенным диапазоном рабочих температур 300-570 К и радиационно стойких параметров. Освоено методику получения гетероструктур, определены технологические режимы изовалентного замещения (ИВЗ) и получено источника излучения с высокой квантовой эффективностью η = 7-20 % при 300 К в широкой спектральной области Δλ = 0,350-0,885 мкм. Впервые изготовлено источники высокоэффективного коротковолнового излучения с η ≈ 12-15 % в гетерослоях нетипичных гексагональных модификаций α-ZnSe, α-ZnS и твердых растворов α-ZnSехS1-х, светоизлучатели на основе которых генерируют излучение в ближней УФ области. Установлена стойкость люминесцентных свойств α-ZnSe к облучению потоком электронов плотностью D ≈ 7,5·1015 электрон/см2 с энергией Е ~ 2 МэВ. Предложено режимы изготовления гетеростуркутр α-ZnSe/α-CdSe со спектрами люминесценции в фиолетовом (Δλ = 0,41-0,47 мкм), синем (Δλ = 0,46-0,49 мкм) и зеленом (Δλ = 0,49-0,55 мкм) диапазонах с повторяющимися характеристиками, параметрами и высокой спектральной чистотой цвета 92,3%, 97,6%, 98% соответственно к максимумам при λm1 = 0,446 мкм, λm2 = 0,477 мкм, λm3 = 0,517 мкм. Впервые получено поляризованное излучение на ГС α-ZnSe. Разработана конструкция и изготовлены методом изовлентного замещения высокоэффективные источники излучения с η ≈ 15 % на гетероструктурах сульфоселенидов кадмия нетипичной кубической модификации со стабильными параметрами и свойствами в коротковолновом диапазоне. Изготовленны светоизлучатели с наноструктурированной поверхностью отжигом на воздухе Cd1-xMnxTe при Ta ≈ 650 ± 20 °С и халькогенидов кадмия при Ta = 550-650 °С и химической обработкой гетерослоев сульфоселенидов цинка в травителе H2SO4:H2O2 = 3:1. Получено интенсивное излучение в ближней УФ области с максимумом ћωm = 3,24 эВ и эффективностью η = 15-20 % на α-ZnSe в результате формирования наноструктурированной поверхности. Получены высокоэффективные фотоприемники на основе твердых растворов ZnSe- MgSe и гетеропереходов n-CdTe-p-ZnTe с широким диапазоном спектральной чувствительности Δλ = 0,38-0,82 мкм, линейности фототока при эксплуатации в режиме короткого замыкания и проявляющей способности не менее 10 13 В -1 см∙Гц ½ при 300 К. Определено для гетеропереходов максимальную величину к.п.д. ≈5% при 300 К при освещении АМ2. Изготовлено методом диффузии изовалетной примеси Mg на полученных гетерослоях α-ZnSe p-n-структуры с областью фоточувствительности при Δλ = 0,335-0,477 мкм. The dissertation is devoted to the development of highly effective photodetectors and light - emitting structures with the expanded range of operating temperatures and radiation hardness of parameters. The method for producing heterostructures was mastered, technological regimes of isovalent substitution (IVS) are determined, and heterostructures with high quantum efficiency η = 7-20% at 300 K in a wide spectral range Δλ = 0.350-0.885 μm are obtained. The design of devices was developed, photodiodes and light-emitters were produced by doping of isovalent impurities Mg, Ca and rare-earth element Yb, and radiation of these emitters is determined by interband recombination of free charge carriers and the dominant annihilation of bound excitons. For the first time, sources of highefficiency short-wavelength radiation with η ≈ 12-15% on the base of heterolayers of atypical hexagonal modifications α-ZnSe, α-ZnS, α-ZnSexS1-x were obtained by isothermal annealing in pairs of isovalent elements. The resistance of the luminescent properties of α-ZnSe to irradiation with electron flux of density D ≈ 7.5·10 15 electron/сm 2 or energy E ~ 2 MeV was defined. Modes of fabriactaion of α-ZnSe/α-CdSe heterostructures with luminescence spectra in violet (Δλ = 0.41-0.47 μm), blue (Δλ = 0.46-0.49 μm) and green (Δλ = 0.49-0.55 μm) ranges with repetitive characteristics, parameters and high spectral color purity 92.3%, 97.6%, 98% respectively to the maxima at λm1 = 0.446 μm, λm2 = 0.477 μm, λm3 = 0.517 μm has been patented. For the first time, the parameters of the band structure of α-ZnSe heterolayers Eg = 2.89 eV, ΔCR = 0.07 eV and ΔSO = 0.37 eV were determined and polarized radiation due to anisotropy of the hexagonal structure was obtained. A design has been developed and high-efficiency radiation sources with η ≈ 15% on heterolayers of cadmium sulfoselenides of atypical cubic modification with stable parameters and properties in the short-wave range were produced by isovalent substitution method. Short-wave optical radiation in the near-ultraviolet (UV) region with photon energy ћω = 3.05-3.30 eV with a maximum at ћωm = 3.18 eV and a quantum efficiency η = 5.8% at 300 K on ZnSexS1-x heterolayers was obtained. Solid solutions were obtained on α-CdS by consecutively diffusion of Zn and Se at T = 1100-1500 K. A design was developed, technological conditions were defined, and devices with a nanostructured surface were manufactured by annealing in air Cd1-xMnxTe at Ta ≈ 650 ± 20 °С and cadmium chalcogenides at Ta = 550-650 °С by chemical treatment of zinc sulfoselenide heterolayers in the etchant H2SO4 : H2O2 = 3 : 1. It have been defined the conditions of intense radiation obtaining in the near-ultraviolet region with a maximum at ћωm = 3.24 eV and an efficiency of η = 15-20% due to the formation of a nanostructured surface on α-ZnSe heterolayers, which leads to dimensional quantization of energy of charge carriers. For emitters with nanostructures, the spectrum significantly expands and is determined by two constituent at ћω ~ Eg and ћω >> Eg and an increase of η = 15-20%. Highly efficient photodetectors based on solid solutions of ZnSe-MgSe and n-CdTe-p-ZnTe heterojunctions with a wide range of spectral sensitivity Δλ = 0.38-0.82 μm, photocurrent linearity during operation in short-circuit mode and detection efficiency not less than 10 13 V-1 ∙ cm ∙ Hz½ at 300 K, were obtained. The maximum value of efficiency factor for heterojunction is ≈5% at 300 K under AM2 illumination. Photosensitive in the range Δλ = 0.335-0.477 μm of p-n-structures were fabricated by diffusion of isovalent impurity Mg into the obtained α-ZnSe heterolayers.
Структури кремній-на-ізоляторі для сенсорної електроніки
(Видавництво Львівської політехніки, 2013) Дружинін, Анатолій Олександрович; Когут, Ігор Тимофійович; Ховерко, Юрій Миколайович; Національний університет «Львівська політехніка»
Проаналізовано сучасні методи отримання структур кремній-на-ізоляторі. Наведено результати комплексного дослідження електропровідності, магнітоопору, п’єзоопору полікристалічного кремнію на напівпровідникових підкладках у широкому інтервалі температур, за впливу сильних магнітних полів і деформацій, що використано для створення сенсорів механічних і теплових величин на їх основі. Визначено конструктивні особливості для інтеграції різних типів сенсорів на одному кристалі під час створення мікросистем, а також методи покращання вимірювальних характеристик сенсорів механічних і теплових величин на основі полікремнієвих шарів у структурах кремній-на-ізоляторі. Призначено для наукових та інженерно-технічних працівників та студентів, які навчаються за напрямом “Мікро- та наноелектроніка”, а також широкого загалу спеціалістів у галузі сенсорної електроніки та мікроелектроніки.
Структурно-параметрична модифікація мікроелектронних сигнальних перетворювачів імпедансу для сенсорної техніки
(Національний університет "Львівська політехніка", 2018) Барило, Григорій Іванович; Готра, Зенон Юрійович; Національний університет «Львівська політехніка»; Вербицький, Володимир Григорович; Когут, Ігор Тимофійович; Бордун, Олег Михайлович
Дисертація присвячена проблемі модифікації мікроелектронних сигнальних перетворювачів імпедансу та створення нового підкласу багаторозрядних високочутливих конверторів для сенсорів фізичних феличин. У роботі теоретично обґрунтовано та реалізовано методи вимірювання імпедансу гальваностатичним та потенціостатичним способом з активуючими періодичними та неперіодичними сигналами. Проведено дослідження методів математичного аналізу сигнальних перетворювачів імпедансу та їхніх функціональних вузлів для підвищення точності перетворення з урахуванням фазочастотних параметрів активуючих джерел сигналів, температури, модуляції параметрів елементів, часової нестабільності амплітуди, фази а також впливу зовнішніх джерел сигналів та завад. Встановлено основні закономірності імпедансних характеристик з активацією імпульсними та періодичними сигналами. Розроблено методики розрахунку величини імпедансу на основі математичного моделювання з урахуванням виявлених закономірностей. Теоретично обґрунтовано та реалізовано методи побудови та математичні моделі сигнальних перетворювачів для оптичних сенсорів на основі фотоелектронних перетворювачів з періодичними прямокутними активуючими сигналами. Використання імпульсних активуючих сигналів у діапазоні 100Гц – 100кГц забезпечує вимірювання концентрації газів та газових сумішей на основі розроблених СПІ з точністю до 0,1%. Розроблено схемотехнічні рішення побудови та практично реалізовано сигнальні перетворювачі для оптичних сенсорів метану, чадного газу, вуглекислого газу, органічних тканин на основі холестеричних рідких кристалів, допованих наночастинками неорганічних матеріалів. Теоретично обґрунтовано та реалізовано схемотехнічні методи побудови завадостійкого сигнального перетворювача імпедансу для оптичних сенсорів неінвазивної медицини, які уможливлюють дослідження біомедичних параметрів шляхом комплексного аналізу імпедансу на частотах 0.1-12 Гц з активацією оптичним випромінюванням інфрачервоного діапазону в межах 950-1500 нм. Розроблено нові сенсорні пристрої для дослідження провідності органічних напівпровідникових матеріалів з використанням спеціалізованих моделей типу елемента Варбурга для частотного діапазону 0,01Гц - 100 кГц та реалізовано структури сигнальних перетворювачів імпедансного типу та інформаційно-вимірювальних систем на основі сучасних мікропроцесорних систем ADuC 841 та PSoC з інтегрованими каналами передачі даних для комп’ютерного аналізу. Отримані результати вимірювань підтверджують високу ефективність використання завадостійких сигнальних перетворювачів та відповідність параметрів цих перетворювачів результатам модельних досліджень. Диссертация посвящена проблеме модификации микроэлектронных сигнальных преобразователей импеданса и создания нового подкласса многоразрядных высокочувствительных конверторов для сенсоров физических величин. В работе теоретически обоснованы и реализованы методы измерения импеданса гальваностатическим и потенциостатическим способом с активирующими периодическими и непериодическими сигналами. Исследованы методы математического анализа сигнальных преобразователей импеданса и их функциональных узлов для повышения точности преобразования с учѐтом фазочастотных параметров активирующих источников сигналов, температуры, модуляции параметров элементов, временной нестабильности амплитуды, фазы, а также влияния внешних источников сигналов и помех. Установлены основные закономерности импедансных характеристик с активацией импульсными и периодическими сигналами. Разработаны методики расчета величины импеданса на основе математического моделирования с учетом выявленных закономерностей. Теоретически обоснованы и реализованы методы построения и математические модели сигнальных преобразователей для оптических сенсоров на основе фотоэлектронных преобразователей с периодическими прямоугольными активирующими сигналами. Использование импульсных активирующих сигналов в диапазоне 100 Гц - 100 кГц обеспечивает измерение концентрации газов и газовых смесей на основе разработанных сигнальных преобразователей импеданса с точностью до 0,1%. Разработаны схемотехнические решения построения и практически реализованы сигнальные преобразователи для оптических сенсоров метана, угарного газа, углекислого газа, органических тканей на основе холестерических жидких кристаллов, допированных наночастицами неорганических материалов. Теоретически обоснованы и реализованы методы построения и схемотехнические решения помехоустойчивого сигнального преобразователя импеданса для оптических сенсоров неинвазивной медицины, позволяющих проводить исследования биомедицинских параметров путем комплексного анализа импеданса на частотах 0.1-12 Гц при активации оптическим излучением инфракрасного диапазона в пределах 950- 1500 нм. Разработаны новые сенсорные устройства для исследования проводимости органических полупроводниковых материалов с использованием специализированных моделей типа элемента Варбурга для частотного диапазона 0,01Гц-100 кГц и реализованы структуры сигнальных преобразователей импедансного типа и информационно-измерительных систем на основе современных микропроцессорных систем ADuC 834 и PSoC, с интегрированными каналами передачи данных для компьютерного анализа. Полученные результаты измерений подтверждают высокую эффективность использования помехоустойчивых сигнальных преобразователей и соответствие параметров этих преобразователей результатам модельных исследований. The dissertation is devoted to the problem of microelectronic signal impedance converters modification and the creation of a new subclass of multi-bit high-sensitive converters for physical quantities sensors. Galvanostatic and potentiostatic methods of impedance measuring with periodic and nonperiodic activating signals were theoretically substantiated and implemented. The methods of impedance signal converters mathematical analysis and their functional units were improved for increasing the accuracy of the transformation, taking into account phase-frequency parameters of activating signal sources, temperature, modulation of parameters of elements, temporal instability of amplitude, phase as well as the influence of external sources of signals and noise. The basic regularities of impedance characteristics with impulse and periodic activation signals are established. Methods of impedance calculating on the basis of mathematical modeling with the account of revealed regularities are developed. The mathematical modeling of microelectronic impedance signal converters was carried out and transformation function dependence on the parameters of the activating signal (periodic, nonperiodic, pulse) and deviations of the parameters of their components caused by internal and external factors, which was the basis of their structural and parametric modification was investigated. A number of new structural elements of the impedance converters on the basis of solid state electronics elements - the sources of signals, amplifiers, filters, detectors, integrators was investigated. They take into account the influence of temperature, modulation of element parameters, time, amplitude and phase instability of the information signal, as well as third-party sources of signals and electromagnetic interference that provide formation of an informative signal in the range of measurement -2 ... 2 V, with an 0.1% error of signal conversion and effective reduction of noise level by 10 dB with the possibility of using a 24-bit digital converter for sensor technology. Four-bit integration of the information signal was used. This allows to expand the functionality of the measurement transformation of the impedance and increase the accuracy of the measurement which allows to realize the principle of redundancy of signals and to carry out verification of calibration of signal paths and compensation of their zero drift and to directly integrate the informative current through the investigated two-terminal in potentiostatic type converters. The methods of signal converters construction and signal converters mathematical models for optical sensors based on photoelectronic transducers with periodic rectangular activating signals are substantiated and implemented. The use of pulse activating signals in the range 100 Hz – 100 kHz provides measurement of the concentration of gases and gas mixtures based on the basis to the accuracy of 0.1%. Schematic design solutions for construction and practical implementation of signal transducers for optical methane, carbon monoxide, carbon dioxide, organic fabrics sensors based on cholesteric liquid crystals of inorganic materials supplemented with nanoparticles was developed. Methods of a noise-immune signal impedance converter structure for optical non-invasive medical sensors that allow to carry out research on biomedical parameters by complex analysis of the impedance at frequencies of 0.1-12 Hz activated by optical radiation of the infrared range 950 - 3000 nm are developed and implemented. New sensor devices for the investigation of the conductivity of organic semiconductor materials, using specialized models of the Warburg-type element for the frequency range 0.01 Hz-100 kHz were developed. Structures of impedance type signal converters and information-measuring systems based on modern productive microprocessor systems ADuC 834 and PSoC with integrated data channels for computer analysis were implemented. The obtained results of measurements confirm the high efficiency of the use of noise-proof signal converters and the correspondence of parameters of these converters to the results of model research.