Прокофьев В.А, Гаджала А.А.

Санкт-Петербургский государственный университет, Россия

Разработка установки для получения электролюминесцентных спектров.

В последнее время широко развиваются микроэлектронные технологии, и устаревшие способы управления и детектирования сигналов могут быть заменены простыми, гибкими и надежными устройствами.

Рисунок 1. Блок-схема установки

Нами была разработана детектирующая и управляющая часть электролюминесцентной установки. На рисунке показана блок-схема установки.

За основу был взят монохроматор МДР2 (2). В монохроматор был смонтирован шаговый двигатель(3), который в микрошаговом режиме позволяет точно позиционировать дифракционную решетку(2.1) и выбирать люфты приводных механизмов. Концевики позволяют калибровать положение решетки. Свечение образца (1) разлагается на спектр монохроматором, и детектируется фотоэлектронным умножителем (ФЭУ-100) (4) в режиме счета фотонов.

На основной плате управления (5) находятся дискриминатор, преобразующий сигналы с ФЭУ в ТТЛ импульсы, пригодные для захвата микроконтроллером, микроконтроллер STM32F415[1], блок управления шаговым двигателем, термостабилизированный кварцевый генератор на 5МГц, интерфейсная часть к компьютеру (6), интерфейс к модулю управления возбуждения образца.

На выходе дискриминатора, при измерении электролюминесцентных спектров, частота импульсов ( частота регистрируемых фотонов ) может достигать 10 МГц. Поэтому существует определенная проблема в корректном подсчете интенсивности излучения.

Для решения этой проблемы целесообразно воспользоваться внутренним 32х битным таймером контроллера. Мы использовали два таймера, опорный тактовый сигнал одного из них задает термостабилизированный генератор на 5МГц, второго – входной детектируемый сигнал от дискриминатора. Два таймера запускаются синхронно и останавливаются после определенного времени, которое зависит от условий эксперимента. Счетные регистры таймеров сравниваются, и, на основании сравнения, можно получить интенсивность свечения.

Данная методика была проверена с помощью генератора высокой частоты, и показала совпадения результатов вплоть до частот 20МГц.

По интерфейсу связи с компьютером плата управления позволяет установить нулевое положение по фотооптическому датчику (концевику), установить положение решетки и провести измерение интенсивности в точке. Калибровкой, получением спектров и предварительной обработкой занимается программа на компьютере.

Интерфейс к модулю возбуждения образца позволяет выбрать режим возбуждения электролюминесценции ( постоянным током, постоянном напряжением ) и регулировать параметры возбуждения. Модуль возбуждения собран на базе прибора для поверки вольтметров В1-13 и управляется через КОП.

Калибровка установки по длинам волн осуществляется ртутной лампой, полосы которой известны [2]. Калибровка спектральной чувствительности установки в видимом спектре осуществлялась по спектру вольфрамовых ламп, спектр которых можно рассчитать теоретически. Калибровка в ультрафиолетовой области проводилась по лампе известного свечения Hamamatsu S2D2[3]

Разработанный аппаратно-программный комплекс имеет ряд достоинств:

1. Компактность блока управления, 600х400х100

2. Реализация сложных алгоритмов получения набора спектров на образце, изменяя параметры возбуждения люминесценции

3. Автоматизация получения экспериментальных данных

4. Возможность регулирования скорости получения спектра от нескольких секунд до нескольких десятков минут

Литература

1. http://www.st.com/web/en/resource/technical/document/datasheet/DM00035129.pdf

2. Заморянская М.В. Катодолюминесценция широкозонных материалов и наногетероструктур на их основе // Диссертация, 2012

3. http://www.hamamatsu.com/jp/en/product/category/1001/3023/L10671DPH/index.html