Чернов Артём Сергеевич Исследование и разработка оптоволоконного микро-оптоэлектромеханического кремниевого фотовольтаического датчика давления

Краткое описание

Чернов Артём Сергеевич Исследование и разработка оптоволоконного микро-оптоэлектромеханического кремниевого фотовольтаического датчика давления

ОГЛАВЛЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

кандидат наук Чернов Артём Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Микроэлектромеханические и микрооптоэлектромеханические системы

1.2 Волоконно-оптические датчики

1.2.1 Волоконно-оптические датчики с пассивным преобразованием

1.2.2 Волоконно-оптические датчики на решетках Брэгга

1.2.3 Фотоэлектрические датчики давления

1.2.4 Обсуждение

1.3 Концепция фотовольтаического узла кремниевого фотовольтаического

датчика давления

1.3.1 Анализ конструктивных решений фоточувствительных элементов

Выводы к главе

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ОПТОМЕХАНИЧЕСКОГО УЗЛА КРЕМНИЕВОГО ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ И АНАЛИТИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ

2.1 Общая концепция кремниевого фотовольтаического датчика давления

2.2 Преобразовательная функция кремниевого фотовольтаического датчика давления

2.3 Моделирование кремниевого упругого элемента оптомеханического узла

2.3.1 Аналитическая модель оптомеханического узла с одноточечной схемой нагружения

2.3.2 Аналитическая модель оптомеханического узла c двухточечной схемой нагружения

2.3.3 Конечно-элементное моделирование характеристик оптомеханического узла кремниевого фотовольтаического датчика давления

2.3.4 Конечно-элементная модель оптомеханического узла кремниевого фотовольтаического датчика давления с одноточечной схемой нагружения

2.3.5 Результаты численного моделирования оптомеханического узла с одноточечной схемой нагружения

2.3.5.1 Влияние положения и размеров жесткого центра упругого элемента

2.3.5.2 Влияние размера сечения оптоволокна

2.3.5.3 Решение для поворотов сечений и плоскостей оптомеханического узла

2.3.5.4 Влияние положения жесткого центра на прогиб упругого элемента

2.3.5.5 Влияние размера мембраны упругого элемента на чувствительность оптомеханического узла

2.3.5.6 Обсуждение

2.3.6 Конечно-элементная модель оптомеханического узла кремниевого

фотовольтаического датчика давления с двухточечной схемой нагружения

2.3.6.1 Влияние положения и размеров жесткого центра упругого элемента,

2.3.6.2 Влияние толщины мембраны упругого элемента,

2.3.7 Сравнение аналитических и конечно-элементных моделей

Выводы к главе

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОГО УЗЛА КРЕМНИЕВОГО ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ, МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

3.1 Особенности преобразовательной характеристики фотовольтаического узла

3.2 Базовая конструкция фотовольтаического узла

3.3 Моделирование фотовольтаического узла кремниевого фотовольтаического

датчика давления

3.3.1 Особенности модели фотовольтаического узла

3.3.2 Описание модели сегмента фотодиода

3.3.3 Влияние пассивирующих покрытий

3.3.4 Результаты численного моделирования фотодиода кремниевого фотовольтаического датчика давления

3.3.4.1 Результаты моделирования фотоэлектрических характеристик фотодиода

3.3.4.2 Моделирование латерального перемещения узкого пучка света

3.4 Изменение формы и размера светового пятна

3.5 Функция преобразования фотодиода

Выводы к главе

ГЛАВА 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ КРЕМНИЕВОГО

ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ

4.1 Топология упругого элемента оптомеханического узла

4.1.1 Технические требования к рассовмещению фотошаблона с базовым срезом пластины кремния

4.1.2 Исследование закономерностей формирования трехмерных островковых

структур упругого элемента

4.2. Топология фотовольтаического узла кремниевого фотовольтаического

датчика давления

4.2.1 Формирование сквозных отверстий в кристаллах фотовольтаического узла

4.3. Изготовление лабораторных образцов кремниевого фотовольтаического датчика

давления

Выводы к главе

ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ КРЕМНИЕВОГО ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКОГО

ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ,

5.1 Измерительная схема кремниевого фотовольтаического датчика давления

5.2. Измерение характеристик элементов кремниевого фотовольтаического

датчика давления

5.2.1 Измерение характеристик источника излучения

5.2.2 Исследование величины поверхностного сопротивления слоев фотодиода,

5.2.3 Исследование темновых характеристик фотодиода

5.2.4 Исследование световых характеристик фотодиода

5.2.5 Исследование влияния латерального перемещения излучающего

оптоволокна относительно сдвоенных фотодиодов

5.2.6 Исследования характеристик фотодиодов кремниевого фотовольтаического

датчика давления в расширенном температурном диапазоне

5.3 Исследование характеристик кремниевого фотовольтаического датчика давления

5.3.1 Исследование начального разбаланса и влияния температуры

5.3.2 Исследование преобразовательной характеристики кремниевого

фотовольтаического датчика давления

5.3.3 Температурная зависимость чувствительности кремниевого

фотовольтаического датчика давления

Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А Акт об использовании в учебном процессе результатов работы

Приложение Б Заключение об использовании результатов исследований