DEPENDENCE OF TEMPERATURE DETERMINATION ACCURACY ON THE BANDWIDTH OF THE INTERFERENCE FILTER IN OPTICAL PYROMETRY SYSTEMS

Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2023
Předmět:
Zdroj: Вестник Киевского политехнического института. Серия приборостроение; № 65(1) (2023); 52-57
Bulletin of Kyiv Polytechnic Institute. Series Instrument Making; No. 65(1) (2023); 52-57
Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування; № 65(1) (2023); 52-57
ISSN: 0321-2211
2663-3450
Popis: Some general issues common to all reactors for gas-phase epitaxy of A3B5 metal-organic compounds include large temperature gradients in the reactor, leading to the formation of convection loops, high gas flow rates that can result in turbulence instead of the expected laminar flow, and the need for good uniformity and precision in temperature control of the semiconductor substrate surface. Since the deposition process for many complex semiconductor devices (such as infrared laser diodes or heterojunction bipolar transistors) is highly temperature-dependent, a system for precise temperature control of the process at the substrate surface directly in the deposition zone is necessary to obtain high-quality heterostructures with reproducible parameters. This article describes the features of the epitaxial growth process in MOCVD reactors, as well as highlights the tasks facing the temperature control system. The feasibility of using a radiation compensation system is explored in comparison to measurement methods using a thermocouple and classical pyrometry. Transformation of the input optical signal into a proportional output current in this system is performed by a sensitive photodetector, namely a silicon photodiode. The selection of the wavelength range of the radiation is determined by the optical parameters of the semiconductor substrates and compounds used in the system. The measurement spectrum is determined by the parameters of the interference filter in the system. The research was conducted to determine the effect of the interference filter width on the accuracy of determining the real temperature of a pyrometric control system with radiation compensation. The dependence of the interference filter characteristic width and shape on the correction value of the temperature of pyrometric systems after calibration is analyzed. Based on the results obtained, recommendations are made for selecting the optimal working wavelength and interference filter bandwidth of the optical system as a compromise between the determination error and the magnitude of the optical signal. The results can be used for the design of modern precision pyrometric systems.
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.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: