I. Hệ đo đặc trưng quang dẫn
Hệ đo đặc trưng quang dẫn là một hệ thống được thiết kế để đo lường các thông số liên quan đến hiệu ứng quang dẫn, đặc biệt trong vùng hồng ngoại. Hệ thống này bao gồm các thiết bị như nguồn cấp Bias, nguồn hồng ngoại, bộ điều biến quang, bộ khuếch đại và lọc tần, cùng thiết bị hiển thị. Mục tiêu chính của hệ thống là đo các đặc trưng quang học của vật liệu bán dẫn, như điện trở, độ nhạy điện áp, và năng suất phát hiện. Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu vật liệu quang dẫn và phát triển các cảm biến hồng ngoại.
1.1 Cấu trúc hệ đo
Hệ đo bao gồm các khối chức năng chính như khối nguồn cung cấp điện, khối nguồn phát hồng ngoại, bộ điều biến quang, khối cảm biến, khối khuếch đại tín hiệu và lọc tần số, cùng khối hiển thị. Mỗi khối đảm nhận một vai trò cụ thể trong quá trình đo lường, từ việc tạo ra bức xạ hồng ngoại đến việc xử lý và hiển thị tín hiệu đo được.
1.2 Thiết bị sử dụng
Các thiết bị chính trong hệ đo bao gồm máy đo Keithley 2612A, bộ điều biến quang SR540, bộ khuếch đại lock-in SR830, và máy hiện sóng MDO3012. Những thiết bị này đảm bảo độ chính xác và ổn định trong quá trình đo lường, đặc biệt khi làm việc với các mẫu quang trở hồng ngoại.
II. Quang dẫn hồng ngoại
Quang dẫn hồng ngoại là hiện tượng điện trở của vật liệu bán dẫn thay đổi dưới tác dụng của bức xạ hồng ngoại. Hiệu ứng này xảy ra khi các photon hồng ngoại kích thích các hạt tải điện trong vật liệu, làm tăng độ dẫn điện. Các vật liệu quang dẫn hồng ngoại thường được sử dụng trong các cảm biến hồng ngoại, ứng dụng trong quân sự, y tế, và công nghiệp.
2.1 Cơ chế quang dẫn
Cơ chế quang dẫn bao gồm các quá trình kích thích quang học như hấp thụ vùng - vùng, hấp thụ tạp chất, và hấp thụ nội vùng. Trong đó, hấp thụ vùng - vùng và hấp thụ tạp chất là hai quá trình chính gây ra hiệu ứng quang dẫn. Hiệu ứng này được mô tả bằng phương trình cơ bản của quang dẫn, liên quan đến mật độ hạt tải điện và độ linh động của chúng.
2.2 Ứng dụng quang dẫn hồng ngoại
Các ứng dụng của quang dẫn hồng ngoại bao gồm cảm biến nhiệt, hệ thống giám sát an ninh, và thiết bị y tế. Các cảm biến hồng ngoại dựa trên hiệu ứng quang dẫn được sử dụng để phát hiện và đo lường bức xạ nhiệt, đặc biệt trong các điều kiện ánh sáng yếu hoặc không có ánh sáng khả kiến.
III. Nghiên cứu quang dẫn tại nhiệt độ phòng
Nghiên cứu quang dẫn tại nhiệt độ phòng tập trung vào việc khảo sát các đặc trưng quang học của vật liệu bán dẫn trong điều kiện nhiệt độ thường. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc phát triển các cảm biến hồng ngoại hoạt động hiệu quả mà không cần hệ thống làm lạnh phức tạp.
3.1 Đặc trưng quang học
Các đặc trưng quang học được khảo sát bao gồm điện trở tối, độ nhạy điện áp, thời gian đáp ứng, và năng suất phát hiện. Những thông số này giúp đánh giá hiệu suất của vật liệu quang dẫn trong việc chuyển đổi bức xạ hồng ngoại thành tín hiệu điện.
3.2 Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm cho thấy các mẫu quang trở hồng ngoại như PbS có độ nhạy cao và thời gian đáp ứng nhanh trong điều kiện nhiệt độ phòng. Điều này mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị dân sự và quân sự.
