ЗАЛЕЖНІСТЬ ТОЧНОСТІ ВИЗНАЧЕННЯ ТЕМПЕРАТУРИ ВІД ШИРИНИ СМУГИ ПРОПУСКАННЯ ІНТЕРФЕРЕНЦІЙНОГО ФІЛЬТРА В СИСТЕМАХ ОПТИЧНОЇ ПІРОМЕТРІЇ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.65(1).2023.283332Ключові слова:
газофазна епітаксія з металоорганічних сполук, ГФЕ МОС, пірометрія з компенсацією випромінювання, оптико-електронні системи контролю параметрів, інтерференційний фільтрАнотація
До загальних проблем для всіх реакторів технології газофазної епітаксії з металоорганічних сполук A3B5 відносяться великі градієнти температур в реакторі, що спричиняють виникнення петель конвекції, високу швидкість газових потоків, що може призвести до турбулентності, замість очікуваного ламінарного потоку, та потребу в хорошій однорідності та прецизійності контролю температури поверхні напівпровідникової пластини. Оскільки процес осадження для багатьох складних напівпровідникових пристроїв (таких як інфрачервоні лазерні діоди або біполярні транзистори з гетеропереходом) надзвичайно чутливий до температури, для отримання якісних гетероструктур з відтворюваними параметрами необхідна система прецизійного контролю температури процесу на поверхні пластини безпосередньо в зоні осадження.
У даній статті описані особливості процесу епітаксійного росту в реакторах ГФЕ МОС, а також висвітлено завдання, які постають перед системою контролю температури. Досліджується доцільність використання системи пірометрії з компенсацією випромінювання порівняно з методами вимірювання за допомогою термопари та класичної пірометрії. В даній системі перетворення вхідного оптичного сигналу в пропорційний на виході струм здійснюється за допомогою чутливого фотоелемента, а саме - кремнієвого фотодіода. Вибір діапазону довжин хвиль випромінювання обумовлений оптичними параметрами напівпровідникових підкладок та сполук, що осаджуються. Отриманий спектр для вимірювань досягається за допомогою використання в системі інтерференційного фільтра.
Дослідження проводилося з метою визначення впливу ширини інтерференційного фільтра на точність визначення реальної температури пірометричної системи контролю з компенсацією випромінювальної здатності. Проаналізовано аналітичну залежність ширини та форми характеристики інтерференційного фільтра на значення величини корекції температури пірометричних систем. На базі отриманих результатів сформовані висновки щодо вибору оптимальної робочої довжини хвилі та ширини пропускання інтерференційного фільтра оптичної системи як компроміс між величиною похибки визначення та величиною оптичного сигналу. Отримані результати можна використовувати для розробки сучасних прецизійних пірометричних систем.
Посилання
S. I. Krukovskyi, V. Arikov, A. O. Voronko and V. S. Antonyuk, “Features of Low-Temperature GaAs Formation for Epitaxy Device Structures”, Journal of Nano- and Electronic Physics, vol. 14, no. 2, 02016, 2022, DOI: 10.21272/jnep.14(2).02016.
V. G. Verbitskiy, V. S. Antonyuk, A. O. Voronko, L. M. Korolevych, D. V. Verbitskiy and D. O. Novikov, “Matrix of Photosensitive Elements for Determining the Coordinates of the Source of Optical Radiation,” Journal of Nano- and Electronic Physics, vol. 13, no. 4, article 04029, Aug 2021, DOI: 10.21272/jnep.13(4).04029.
M. Belousov, B. Volf, J. C. Ramer, E. A. Armour, and A. Gurary, “In situ metrology advances in MOCVD growth of GaN-based materials,” Journal of Crystal Growth, vol. 272, no. 1-4, pp. 94-99, Nov. 2004, DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2004.08.080
E. K. Ejigu, “Simulating radiation thermometer temperature measurement error from the performance change of an interference filter due to polarization effect,” Measurement, vol. 114, pp. 471–477, 2018. DOI: 10.1016/j.measurement.2017.08.003
P. B. Coates, “Wavelength Specification in Optical and Photoelectric Pyrometry,” Metrologia, vol, 13, no. 1, pp. 1–5, 1977. DOI: 10.1088/0026-1394/13/1/002.
J. L. Gardner, “Effective wavelength for multicolor/pyrometry,” Applied Optics, vol. 19(18), pp. 3088-3091, 1980. DOI: 10.1364/ao.19.003088.
M. Tischler, “High Accuracy Temperature and Uncertainty Calculation in Radiation Pyrometry,” Metrologia, 17(2), 49–57, 1981. DOI: 10.1088/0026-1394/17/2/003.
J. Bezemer, “Spectral Sensitivity Corrections for Optical Standard Pyrometers,” Metrologia, vol. 10, no. 2, pp. 47–52, 1974. DOI: 10.1088/0026-1394/10/2/002.
P. Saunders, and D. R. White, “Physical basis of interpolation equations for radiation thermometry,” Metrologia, vol. 40, no. 4, pp. 195–203, 2003. DOI: 10.1088/0026-1394/40/4/309.
J. W. Hahn, and C. Rhee, “Interpolation Equation for the Calibration of Infrared Pyrometers,” Metrologia, vol. 31, no. 1, pp. 27–32, 1994. DOI: 10.1088/0026-1394/31/1/005.
T. Sentenac, and R. Gilblas, “Noise effect on the interpolation equation for near infrared thermography,” Metrologia, vol. 50, no. 3, pp. 208–218, 2013. DOI: 10.1088/0026-1394/50/3/208.
J. De Lucas, and J. J. Segovia, “Measurement and Analysis of the Temperature Gradient of Blackbody Cavities, for Use in Radiation Thermometry,” International Journal of Thermophysics, vol. 39, is. 5, 2018. DOI: 10.1007/s10765-018-2384-1.
B. K. Tsai, and B. C. Johnson, “Evaluation of uncertainties in fundamental radiometric measurements,” Metrologia, vol. 35, no. 4, pp. 587–593, 1998. DOI: 10.1088/0026-1394/35/4/63.
J. Campos, A. Corrons, A, Pons, P. Corredera, J. L. Fontecha and J. R. Jimenez, “Spectral responsivity uncertainty of silicon photodiodes due to calibration spectral bandwidth,” Measurement Science and Technology, vol. 12, no. 11, pp. 1926–1931, 2001. DOI: 10.1088/0957-0233/12/11/323.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 CC BY 4.0
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
