Pētījuma nosaukums: Fotodiodes konstrukcijas un ražošanas tehnoloģijas izpēte un pilnveidošana, un fotospektrometra izstrāde

Pētījuma īstenotājs: RD Alfa mikroelektronikas departaments AS

Pētījuma mērķis: 

Pētījuma mērķis ir turpināt pētīt un  izstrādāt diožu fotospektrometru, kurš spējīgs mērīt krītošās gaismas spektru vismaz reģionā 300-1100 nm. Tiks noteikta fotospektrometra viļņa garuma mērīšanas precizitāte un izšķirtspēja. Fotospektrometram ir potenciāls tikt ieviestam tirgū kā USB spektrometru lētākam aizvietotājam.

Tiks veikta gaismas spektra rekonstrukcijas matemātiskā modeļa pilnveidošana, izstrādāta jaunas modifikācijas fotodetektora struktūra, izveidots un testēts šīs sistēmas prototips.

Pētāmais fotodetektors  var būt  pieprasīts optisko uzraudzības sistēmu monitoringā kā sākotnējās informācijas fotosensors. Šis fotodetektors, aprīkots ar samērā lētu elektroniku, varēs analizēt informatīvo optisko signālu, identificēt  kaitīgās vielas un noteikt to koncentrāciju, pārraidīt informāciju bezvadu sakaru veidā, palīdzēs novērst iespējamos draudus un risināt drošības jautājumus.

Pētījuma rezultāti:

Tika veikta jauna tipa fotospektrometra fizikālo principu analīze, matemātiskā modelēšana, uzlabotu prototipu izstrāde un testēšana. Ierīces darbības mehānisms balstās uz fizikālu efektu, ka dažāda viļņa garuma starojumam ir dažāds iespiešanās dziļums materiālos. Ar noteiktu matemātisku algoritmu apstrādājot speciālas struktūras fotodiodes voltampēru raksturlīkni, tiek rekonstruēts uz detektora krītošā gaismas starojuma spektrs. Tādējādi fotodiode strādā kā spektrometrs.

Pirms pētījuma uzsākšanas tika izstrādātas un testētas vairākas fotodiožu struktūras, taču tās, atbilstoši pieejamam spektru rekonstrukcijas algoritmam, nedeva pietiekošu spektru rekonstruēšanas precizitāti. Dotajā pētījumā tika gan izstrādātas un testētas uzlabotas fotodetektoru struktūras, gan uzlabots un testēts spektru rekonstruēšanas algoritms.

Fotodetektora uzlabotas struktūras modifikācijas Nr. 1 prototipi uzrādīja dažādas voltampēru raksturlīknes pie dažāda krītošā starojuma viļņa garuma, taču pēc normēšanas šo līkņu formas pārklājās. Šāds prototipa sniegums neļauj iegūt sistēmu, kas spējīga rekonstruēt krītošo starojumu. Tika izstrādāta un testēta fotodetektora struktūras modifikācija Nr. 2. Šādu paraugu voltampēru raksturlīknes pēc normēšanas nepārklājas. Tika novērots, ka paraugu voltampēru raksturlīkņu intensitāte un forma ir atkarīga gan no krītošā starojuma viļņa garuma, gan no šī starojuma jaudas, taču tika novēroti gadījumi, kad vienādas voltampēru raksturlīkņu formas tiek iegūtas pie dažādiem starojuma viļņa garuma un intensitātes komplektiem.

Tika veiktas fotodetektoru simulācijas COMSOL programmā, modelējot 1D n-p-n struktūras, kad tās tiek apstarotas ar monohromatisku starojumu. Tika iegūtas voltampēru raksturlīknes, kuru formas labi apraksta eksperimentos ar fotodetektoru prototipiem novēroto. Tika novērots, ka pie vieniem struktūras parametriem normētas voltampēru raksturlīknes pārklājas, bet pie citiem struktūras parametriem voltampēru līkņu pārklāšanās nenotiek.

Pētījuma ietvaros tika gūta pārliecība, ka fotodetektora darbības princips strādā un ir pielietojams spektru rekonstruēšanai. Iegūtie testu rezultāti rādīja, ka izstrādāto fotodetektoru modifikāciju voltampēru raksturlīknes ir nelineāri atkarīgas no krītošā starojuma viļņa garuma un intensitātes, kas apgrūtina vidējas sarežģītības pakāpes spektra rekonstruēšanas algoritma pielietošanu. Pētījuma ietvaros netika iegūts fotospektrometrs ar vēlamo sniegumu, un tiek plānots turpināt darbu pie fotospektrometra uzlabošanas.

Publikācijas:

1. Khudavedyan, S., Vaseashta, A., Khachatryan, M., Lapkis, M., Rudenko, S., New Method of Optical Spectroscopy for Environmental Protection and Safety, in Sidorenko, A., Hahn, H. (eds.). Functional Nanostructures and Sensors for CBRN Defence and Environment Safety and Security, NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security, 2020, Chapter 19, 271-281 (indeksēta SCOPUS) (publicēta)

Publikācijas doi: https://doi.org/10.1007/978-94-024-1909-2_19

Publikācija izdevēja mājas lapā: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-94-024-1909-2_19

Publikācija ir indeksēta SCOPUS datubāzē: https://www-scopus-com.datubazes.lanet.lv/record/display.uri?eid=2-s2.0-85090014718&origin=resultslist

2. С.Х. Худавердян, М.Ц. Айвазян, M.Г. Хачатрян, M. Лапкис, С. Руденко, ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕБАЗОВОЙ ОБЛАСТИ НА ФОТОТОК В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДВУХБАРЬЕРНЫХ СТРУКТУРАХ, Радиотехника, Вестник НПУА: Информационные технологии, электроника, радиотехника. 2020, №2, с. 73-88. (publicēta)

Publikācijas nosaukums angļu valodā: INVESTIGATING THE INFLUENCE OF THE NON-BASIC AREA ON THE PHOTOCURENT IN SEMICONDUCTOR DOUBLE-BARRIER STRUCTURES

Izdevuma mājas lapa: https://innovative.polytechnic.am/en/publications/4/information-technologies-electronics-radio-engineering/180

Piekļuve publikācijai (brīvpieeja): https://innovative.polytechnic.am/files/publication_article/1/16191709062376.pdf

3. Khudavedyan, S., Vaseashta, A., Ayvazyan, G., Khachatryan, M., Atvars, A., Lapkis, M., Rudenko, S., On the Semiconductor Spectroscopy for Identification of Emergent Contaminants in Transparent Mediums, in Vaseashta, A., Carmen, M. (eds.), Water Safety, Security and Sustainability, Chapter XX, 2021, Springer (plānotais publicēšanas datums – orientējoši 10.2021.)

Izdevumam piešķirtie numuri: eBook ISBN#: 978-3-030-76008-3.

Hard copy ISBN#: ISBN 978-3-030-76007-6.

Saite uz aprakstu par plānoto grāmatu: https://www.springer.com/gp/book/9783030760076