CC BY
9Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛЬТ - АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА В СИСТЕМЕ ПОЛУПРОВОДНИК - ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ПРОМЕЖУТОК
*Д.Д. Хосилов, *М.Р. Мадаминов, 2Х.Т. Йулдашев
1 Ферганский филиал Ташкентского университета информационных
технологий,
2Ферганский политехнический институт E-mail: hurshid5704@mail.ru
АННОТАЦИЯ
В статье приводятся результаты исследования ВАХ полупроводниковой фотографической системы ионизационного типа путем введения металлического зонда в область газового разряда, не нарушая его природу.
Ключевые слова: газовый разряд, газоразрядная ячейка, фотоприемник, вольтамперная характеристика, металлическийий зонд, коэффициент ионизации Таунсенда.
АННОТАЦИЯ
Ушбу маколада ионизацион русумли яримутказгичли фотографик системанинг газ-разряди табиатини бузмасдан унинг сохдсига кушимча металл зондни киритиш оркали олинган ВАХ натижалари келтирилган.
Калит сузлар: газ-разряди, газ-разряди ячейкаси, фотоприёмник, вольтампер характеристика, металл зонд, Таунсенд ионизация коэффициенти.
ABSTRACT
The article presents the results of a study of the current-voltage characteristic of a semiconductor photographic system of the ionization type by introducing a metal probe into the area of a gas discharge without disturbing its nature.
Keywords: gas discharge, gas-discharge cell, photodetector, current-voltage characteristic, metal probe, Townsend ionization coefficient.
ВВЕДЕНИЕ
Полупроводниковые фотографические системы и спектральные преобразователи изображений ионизационного типа [1 -6] нашли достаточного широкое применение для высокоскоростной пространственно - временной фотографической диагностики лазерных инфракрасных излучений [7-15]. В настоящее время они является одним из наиболее перспективных типов устройств, составляющих основу несеребреной высокочувствительной фотографии [16-21].
625
November 2021
www.oriens.uz
Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
Решение таких вопросов, как стабилизация работы различных приборов газового разряда, [22-27] преобразование инфракрасного излучения в видимое, передача изображений и бессеребряное фотографирование [28-31] и т. д. осуществляется с помощью газоразрядных ячеек с высокоомных полупроводниковым электродом. В этих ячейках используется узкий газоразрядный зазор с плоским металлическим электродом и пластиной из высокоомного и фоточувствительного полупроводника. В такой системе возникает контакт полупроводника с плазмой газового разряда. Наличие этого контакта существенным образом влияет на свойства газового разряда и коренным образом отличает его от классических затрудненных и барьерных разрядов. Однозначного мнения о механизме стабилизации разряда с полупроводниковым электродом и физической интерпретации процессов в такой газоразрядной ячейке не существует. Однако физические процессы, происходящие в контакте полупроводника и плазмы, играют определяющую роль в формировании разряда.
В работе [32-34] измерены первые производные ВАХ полупроводникового зонда, помещенного в неоновую газоразрядную плазму. Под действием внешнего излучения производные характеристики смещаются в сторону электронной части. Величина смещения интерпретируется как глубина проникновения электрического поля в полупроводник. По зависимости потенциала смещения максимума первой производной характеристики от давления газа при одинаковой освещенности дана интерпретация смещения характеристик.
В работе [35-38] измерены вольт-амперные характеристики плоского полупроводникового зонда, помещенного в гелиевую газоразрядную плазму. Изучено влияние постореннего излучения на зондовую характеристику. Обнаружено, что под действием излучения величина зондового тока сильно возрастает, плавающий потенциал смещается в сторону электронной части характеристики. Величина смещения интерпретируется как глубина проникновения поля в полупроводник. Измерены также первые производные вольт-амперных характеристик полупроводникового зонда. Под действием внешнего излучения производные характеристик также смещаются.
Целью настоящей работы является проверка правильности этого предположения, то есть исследование распределения потенциалов в элементах системы и исследование ВАХ газоразрядного промежутка методом зондовых измерений.
626
November 2021
www.oriens.uz
Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Принципиальная схема полупроводниковой ионизационной фотографической системы приведена на рис.1. Светочувствительным фотоприемником (2) служит полуизолирующий арсенид галлия (р = 108 Ом.см), на одну из поверхностей которого напилен полупрозрачный никелевый контакт (1). Внутренная поверхность пластины отделена от поверхности регистрирующего слоя (4) газовым зазором (3). Регистрирующий слой (4) располагается на прозрачном проводящем контрэлектроде (5), выполненном, например, из стеклянной пластинки, покрытой проводящей пленкой SnO2. При подключении к системе напряжения происходит пробой газового разряда, отличающийся тем, что в разрядной ячейке присутствует распределенное сопротивление полупроводника, способствующее демпфированию токовых неустойчивостей. Сопротивление, полупроводника полностью определяет величину плотности тока по площади сечения и при освещении полупроводника может управлять величиной и распределением тока в газовом зазоре. Основными элементами полупроводниковых фотографических систем ионизационного типа являются (рис. 1,а) полупроводниковый фотоприемник (ФП), газоразрядная ячейка и регистрирующая среда. В этих системах реализуются три вида усиления: 1) фотоэлектрическое усиление при
преобразовании потока фотонов в фототок полупроводникового фотоприемника; 2) плазменное усиление фототока по мощности в газоразрядном зазоре, 3) химическое усиление в регистрирующей среде, подвергающейся воздействию газоразрядной плазмы. Подбор оптимального режима и хорошего согласования этих элементов между собой является основным фактором повышения чувствительности системы в целом. До настоящего времени на основании Косвенных методов исследования считалось, что ВАХ фотоприемника и системы совпадают при U > ипр. Это означало, что ВАХ газового разряда строго вертикальна, дифференциальное сопротивление разрядного промежутка с большой точностью равно нулю и при освещении не происходит перераспределение напряжения в системе даже при высокой освещенности.
627
November 2021
www.oriens.uz
Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
12345 67
Рис. 1. Схема ионизационной системы. 1-прозрачный электрод, 2-полупроводниковый фотоприёмник, 3-газоразрядный зазор, 4-регистрирующий слой, 5-прозрачный контрэлектрода, 6-кольцеобразный никелевый контакт, 7-слюдяная прокладка.
На поверхности полупроводника со стороны разряда наносился кольцеобразный никелевый контакт (в дальнейшем так называемый зонд) с внутренним диаметром 11,5 мм. При этом сменные слюдяные прокладки, имеющие диаметры отверстий 10,0 мм, 10,5 мм и 11,0 мм, создавали газовый калиброванный зазор и исключали никелевый зонд от непосредственного участия его в процессе разряда, таким образом сохранялся вид разряда, характерный для ионизационной системы.
Постепенное приближение (в пределе до бесконечно малого расстояния, d) разрядного промежутка к металлическому кольцеобразному зонду, напыленного на поверхность ФП со стороны разряда, с помощью слюдяных прокладок разных диаметров отверстий, определяющих газоразрядное пространство, является более удачным, поскольку позволяет сохранить постоянство режима работы при изучении электрооптических характеристик системы. ВАХ поверхности ФП всегда остается линейной, поэтому поверхностный промежуток ФП от зонда до края разрядного промежутка изменит лишь наклон ВАХ газового разряда и при бесконечна малом приближении зонда к разряду можно наблюдать ВАХ, близкую к истинной.
Для удобства сопоставления вольтамперных характеристик системы и фотоприемника была выбрана схема с одним газоразрядным промежутком (в некоторых вариантах фотоприемник помещается между двумя газоразрядными
628
November 2021
www.oriens.uz
Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
зазорами). В противном случае полупроводниковый омический контакт ФП, необходимый для снятия ВАХ полупроводника, изменяет наклон этой характеристики за счет гашения входной интенсивности.
С помощью диафрагмы освещался участок ФП диаметром 8 мм, на 2 мм меньше, чем диаметр в слюдяной прокладке с наименьшим отверстием. Это позволяет ограничить интенсивность разряда на краях зазора.
Измерения ВАХ полупроводника, газоразрядного промежутка системы проводились согласно рис. 1,6 при входном освещении J = 210-2 Вт/см2; давлении газа Р=50 мм рт.ст.; толщине зазора 40 мкм в разных удалениях (750 мкм, 500 мкм, 250 мкм) края зонда от темнового кольцеобразного участка газового разряда шириной 1 мм. При всех измерениях контролировалась ВАХ для системы, она практически не изменялась.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 2 приведены следующие характеристики: 1-ВАХ системы; 2,3,4 -потенциалы зонда в зависимости от тока системы, соответственно для d= 750 мкм, 500 мкм, 250 мкм; 5-ВАХ ФП.
Рис.2. Вольтамперная характеристика:
1-система, 2,3,4-газового разряда, 5-фотоприемника
На рис. 3 показаны, перестроенные из графиков 2,3,4 предыдущего рисунка, зависимости потенциала зонда от d для трех значений тока системы: (l-I=0,7 мА, 2-0,5 мА, 3- 0,3 мА).
629
November 2021
www.oriens.uz
Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
a R О
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
500 H
Рис.3. Зависимость потенциала зонда
CQ
;*2 от расстояния до разрядного промежутка
, зоо-
при токе системы: 1 - 700 мкА; 2-500 мкА; 3 - 300 мкА
100 -
0 250 500 750
d, мкм
Сопоставление ВАХ системы в целом, фотоприемника и разрядного промежутка (рис. 2) указывает на то, что при токах i > 150 мкА все характеристики фотоприемника
и системы практически совпадают, наклон ВАХ разряда с уменьшением d стремится к вертикальности (рис. 2), а кривые пересекают ось напряжений в точке 340 В (рис. 3), что совпадает с напряжением пробоя газа (для данного случая ипр определяется точкой пересечения ВАХ системы с осью напряжений (рис. 2, кривая 1).
Следует отметить, что в ионизационных системах в качестве контрэлектрода обычно используется прозрачный электрод в виде стекла с проводящим слоем Sn02, который имеет обычно поверхностное удельное сопротивление порядка 100^400 Ом.см.
Незначительное несовпадение наклонов ВАХ фотоприемника и системы, а также отклонение ВАХ газового разряда (рис. 2) от вертикальности объясняется, по всей видимости, экранированием потока электронов объемным зарядом, образованным на поверхности контрэлектрода. При использовании в качестве контрэлектрода металлических пластин, например, Си, Та, А1 и др., ВАХ системы строго совпадает с наклоном ВАХ ФП.
Анализируя эти результаты, можно констатировать, что приближением зонда к краю разряда можно определить значение пробивного напряжения ипр для данных параметров разрядного промежутка, которое остается постоянным. Следует отметить, что при изменении входной освещенности наклоны ВАХ газоразрядного промежутка не изменяются, т.е. значение ипр остается постоянным. Крутизна ВАХ системы в послепробойной области увеличивается с ростом интенсивности освещения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подытоживая эти результаты, можно заключить, что полупроводниковый электрод осуществляет одновременно две функции: локально управляет плотностью тока газоразрядного промежутка и подавляет нежелательную для
630
November 2021
www.oriens.uz
Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
работы системы неустойчивость однородного распределения тока. Диапазон наблюдаемых токов и вертикальность ВАХ газоразрядного промежутка указывают на тот факт, что работа систем осуществляется в области нормального тлеющего разряда. Однако, как уже указывалось, характерное для этой стадии разряда шнурование тока в нашем случае отсутствует.
REFERENCES
1. Khurshidjon, Y., Azamjon, T., Abdullajon, K., & Xusniddin, S. (2020). Transition photoelectric processes in a superfluid gas-discharge cell with semiconductor electrodes. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 10(5), 100-109.
2. Kizi, M. S. H. Разработка системы менеджмента качества на промышленном предприятии development of a quality management system at an industrial enterprise.
3. Умаралиев, Н., Матбабаев, М. М., & Эргашев, К. М. (2020). Установка для изучения оптоэлектронного датчика влажности воздуха. Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 63(3), 237-241.
4. Эргашев, С. Ф., Рустамов, У. С., Кулдашев, А. Х., Тиллябоев, Т. Н., & Орипов, А. (2019). Микро-ГЭС мощностью 5 Квт для индивидуальных потребителей. Известия Ошского технологического университета, (2), 168-170.
5. Jamoldinovich, A. E. (2020). The importance of metrology and standardization today Alikhonov Elmurod. International scientific and technical journal “Innovation technical and technology”, 1(4), 1-3.
6. Otakulov, O. X., Ergashev, S. F., Kuldashov, O. X., & Rustamov, U. (2020). Modeling of geothermal Micro-GES. Scientific-technical journal, 24(2), 89-93.
7. Yuldashev, K. T., Akhmedov, S. S., & Ibrohimov, J. M. (2020). Damping cell from gallium arsenide with plasma contacts in an extreme gas discharge cell. Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers, 16(1), 36-41.
8. Эргашев, К. М., & Иброхимов, Ж. М. Особенности газового разряда при малых межэлектродных расстояниях в ионизационной системе. Евразийский союз ученых (ЕСУ), 59.
9. Obidov, J. G., & Alixonov, E. J. (2021). Organization of the education process based on a credit system, advantages and prospects. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 11(4), 1149-1155.
10. Эргашев, С. Ф., Рустамов, У. С., Абдурахмонов, С. М., & Кулдашов, О. Х. (2020). Автоматизированная система управления водными ресурсами на основе элементов компьютерной автоматики.
631
November 2021
www.oriens.uz
Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
11. Рустамов, У. С. (2020). Математическое и компьютерное моделирование Микро-ГЭС башенного типа. Экономика и социум, (12), 58-62.
12. Ллихонов, Э. Ж. (2021). Определение линейной плотности хлопковые ленты фотоэлектрическим методом. Universum: технические науки, 11(92).
13. Мамасадиков, Ю., & Ллихонов, Э. Ж. (2021). Оптоэлектронное устройство для контроля линейной плотности хлопковых лент с функциональной разветкой. Universum: технические науки, 10(91).
14. Ergashov, K. M., & Madmarova, U. A. (2020). Technics of the infra-red drying of farm products. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 10(11), 1351-1355.
15. Obidov, J. G., & Ibrohimov, J. M. (2021). Application and research of energysaving lighting devices in engineering networks. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 11(4), 1370-1375.
16. Khurshidjon, Y., Abdumalikovna, A. Z., Muminovna, U. G., & Mirzasharifovna, Q. G. (2020). The study of photoelectric and photographic characteristics of semiconductor photographic system ionisation type. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 10(5), 72-82.
17. Yuldashev, K. T., & Akhmedov, S. S. (2021). Physical properties at the contact semiconductor-Gas discharge plasma in a thin gas discharge cell. Asian Journal of Multidimensional Research, 10(9), 569-573.
18. Ergashov, K. M., & Madmarova, U. A. (2020). Research of metrological characteristics optoelectronic of devices for control of humidity of installations. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 10(11), 1337-1341.
19. Абдумаликова, З. И. (2019). Исследование кинетика пробоя в газоразрядной ячейке с полупроводниковым электродом. Евразийский союз ученых, (10-5), 14-18.
20. Боймирзаев, А. Р. (2019). Особенности свечения разряда в полупроводниковом газоразрядном преобразователе ИК-изображения. Евразийский союз ученых, (10-5), 19-20.
21. Xabibulloogli, E. A., & Abdukarimovna, M. U. (2021). Assesment of metrological reliability of measurements using the method of producing functions. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 11(8), 520-528.
22. Yuldashev, K. T. (2019). The study of processes current gain in a “Semiconductor-gas-discharge GAP” system. Scientific Bulletin of Namangan State University, 1(7), 13-17.
632
November 2021
www.oriens.uz
Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
23. Йулдашев, X. Т., Эргашев, К. М., Алихонов, Э. Ж., Иброхимов, Ж. М., & Рустамов, У. С. (2021). Исследование процессов токового усиления в системе полупроводник-газоразрядный промежуток. Oriental renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences, 1(10), 114-123.
24. Ibrokhimov, J. M. (2021). Features of methods of optimising calculation of parameters the combined solar power installations. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 11(5), 1043-1047.
25. Obidov, J. G. O. (2020). About safety technique and issues of supplying electricity of the textile industry. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 10(9), 123-127.
26. Turgunov, B. M., & Muminov, N. S. (2019). Principles of assessment and management of quality systems in industrial enterprises. Точная наука, (44), 5-14.
27. Шаймардонович, Ж. X,. (2020). Сигим электродли дон ва дон
маусулотларини намлигини улчаш узгарткичининг умумий улчаш хатолигини уисоблаш усули. Science and Education, 1(6).
28. Yuldashev, K. T., Akhmedov, S. S., & Ibrohimov, J. M. (2020). Damping cell from gallium arsenide with plasma contacts in an extreme gas discharge cell. Journal of Tashkent Institute of Railway Engineers, 16(1), 36-41.
29. Kuldashov, O. H., Umaraliev, N., & Ergashev, K. M. (2021). Stabilization of the parameters of a two-wave optoelectronic device. Scientific-technical journal, 4(2), 51-61.
30. Ibrokhimov, J. M. (2020). Application of the solar combined systems consisting of the field of flat and parabolocylindrical collecting channels for hot water supply of the industrial factories. Academicia: An international multidisciplinary research journal, 10(12), 1293-1296.
31. Yuldashev, H. T., & Mirzaev, S. Z. (2021). Investigation of background radiation and the possibility of its limitation in a semiconductor ionization system. Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 11(4), 1364-1369.
32. Yuldashev, X. T. (2019). Analysis of electrical parameters of the ionization system at high frequency currents. Scientific-technical journal, 23(4), 172-176.
33. Ergashov, K. M., & Xabibulloogli, E. A. (2021). Selection of methods of acceptance inspection in production.Academicia: An International Multidisciplinary Research Journal, 11(10), 1350-1355.
34. Yuldashev, K. T. (2020). Research photoelectric and photographic characteristics of the converter of the image of the ionization type. Scientific Bulletin of Namangan State University, 2(10), 16-22.
633
November 2021
www.oriens.uz
Oriental Renaissance: Innovative,
educational, natural and social sciences
Scientific Journal Impact Factor
VOLUME 1 | ISSUE 10
ISSN 2181-1784
SJIF 2021: 5.423
35. Yuldashev, K., Akhmadaliev, B., Ahmedov, S., & Ergashov, K. (2020). Analysis of kinetics of image formation on bismuth films under action of gas discharge. Theoretical & Applied Science, (4), 839-843.
36. Мамасадиков, Ю., & Алихонов, Э. Ж. (2021). Оптоэлектронное устройство для контроля линейной плотности хлопковых лент с функциональной разветкой. Universum: технические науки, 10(91).
37. Alikhonov, E. J. (2021). Determination of linear density of cotton ribbons by photoelectric method. Science and Education, 2(11).
634
November 2021
www.oriens.uz
