Компьютерное моделирование сенситометрических характеристик формирователей сигналов изображения (стр. 4 из 6)
где символом Х обозначен химический элемент который может быть например С1, Вr или I.
Эта реакция обычно осуществляется в водном растворе при температуре 90-100oС, некоторые же исследователи предпочитают использовать органический раствор. Недостатком метода является получение пленки Cu2S, неоднородной по толщине, что происходит из-за высокой подвижности ионов меди.
Вместо окунания, называемого "мокрым" методом иногда применяют "сухой" метод - испарение CuCI . При проведении термообработки после нанесения тонкого слоя CuCI на CdS происходит обмен ионов Cd+↔2Сu+.
Этот метод применялся при создании исследуемых образцов ФСИ. Его преимущество - устранение глубокой миграции Сu2S по границам зерен в слой CdS .
Метод непосредственного испарения Cu2S или Cu с последующим сульфинированием в бензольном растворе оказался малоэффективным, поскольку при пульверизации происходит значительное окисление Cu2S, что снижает КПД.
Формирование гетероперехода.
После получения слоя Сu2S следующим этапом является создание перехода. Обычно его формируют с помощью термообработки в течении нескольких минут при температуре 150-200oС. Условия проведения термообработки влияют на параметры гетероперехода. Происходят уменьшение шунтирующего сопротивления и увеличение напряжения холостого хода [4].
Однако слишком продолжительная термообработка приводит к снижению тока короткого замыкания Iкз. Нанесение слоя меди поверх Сu2S улучшает стехиометрию последнего и повышает стабильность элемента.
На основе CdS-Cu2S существует два типа фотоэлементов. В "тыльно-барьерных" элементах свет первоначально проникает в слой CdS, который имеет большую ширину запрещенной зоны. Во "фронтально-барьерных" элементах свет поглощается непосредственно в слое Сu2S [3].
Технология получения образцов ФСИ.
Для исследований использовались образцы, которые согласно классификации солнечных элементов можно отнести к тыльно-барьерному типу.
На стеклянную подложку с фабрично нанесенным прозрачным проводящим слоем двуокиси олова наносился слой CdS методом пульверизации водного раствора тиокарбамида и хлорида кадмия (ЭГДРЖ). При нагреве до 700oК образуется поликристаллическая пленка в результате пиролитической реакции:
ClS+CS(NH2)2+2H2O→CdS↓+2NH4Cl+CO2↑
Тонкий слой СdS формировался методом эндотермической реакции замещения в твердой фазе. Вакуумным испарением поверх наносился слой хлорида меди. При температуре более 360oК происходила диффузия компонентов, сопровождавшаяся химической реакцией замещения ионов Cd+ ионами Сu+ в твердой фазе:
CdS+2СuСl→CdCl2+CuS
после чего хлорид кадмия был удален промыванием образца в дистиллированной воде.
 |
| Рис.8. Слоистая структура гетероперехода ФСИ. |
§ 6. Общие понятия о сенситометрии.
Разнообразные фотографические методы, используемые для регистрации многих видов информации, характеризуются типичным физико-химическим единством. Все фотографические процессы основаны на применении веществ или приборов, прежде всего, обладающих светочувствительностью.
Сенситометрия - это раздел фотографической науки, связанный с измерением фотографических свойств фотоматериалов, обладающих чувствительностью к излучениям видимой и прилегающих к ней областей спектра, а также свойств получаемых на них фотографических изображений [11].
Для количественного определения характеристик фотоматериалов широко используется метод построения характеристических кривых, предложенный более ста лет назад Хертером и Дриффилдом.
Фотографическое почернение сильно реагирует на изменение условий освещения, и в первую очередь на количество освещения:
| Н=E·t | (16) |
где Е - освещенность в плоскости эмульсионного слоя.
Если облучить слой светом любого спектрального состава серией возрастающих экспозиций и по данным измерения проявленных почернений построить зависимость оптической плотности D от логарифма количества освещения lgH , то полученная кривая, называемая характеристической, будет иметь S - образную форму, где различают следующие области (Рис. 9):
I- область недодержек;
II- область пропорциональной передачи или область нормальных экспозиций;
III- область передержек;
IV- область соляризации или область обращения.
 |
| Рис.9. Характеристическая кривая. |
В случаях исследования разных слоев при различных условиях экспонирования и проявления характеристические кривые, как правило, имеют подобную форму.
Если в области пропорциональной передачи взять две точки D1 и D2, то будет существовать зависимость:
 | (17) |
где γ - коэффициент контрастности.
Отсюда следует:
 | (18) |
где g - градиент плотности и gmax=γ.
На характеристической кривой выделяют следующие точки и параметры, которые могут быть использованы в роли критериев фотоматериалов (см. рис.9):
т.1 - порог почернения;
т.2 - точек инерции;
D0- плотность вуали;
L - фотографическая широта (интервал экспозиций в пределах области пропорциональной передачи).
Величина фоточувствительности зависит от сенситометрической системы, в которой она определяется. Существует несколько систем ГОСТ, немецкая система ДИН, американская ASA.
В системе ГОСТ фотографическая чувствительность обратно пропорциональна величине экспозиции соответствующей уровню оптической плотности, превышающему плотность вуали в 100.2 раза:
 | (19) |
§ 7. Описание экспериментальной установки.
В настоящей работе рассматривается попытка охарактеризовать ФСИ на основе ГП CdS-Cu2S обладающего, как и фотоматериалы, способностью накопления, с помощью классических сенситометрических характеристик, разработанных для фотографических слоев и рассмотренных в предыдущей главе.
Процессы стирания изображения при облучении ИК-светом изучались на экспериментальной установке, схема которой представлена на рис.10.
Образец устанавливался в камере, позволяющей изолировать его от попадания постороннего света. Освещение производилось двумя монохроматорами ИКС-12 и УМ-2. Монохроматор ИКС-12 использовался для возбуждения ФСИ в ИК - области спектра, а также для стирания информации. Свет через зеркало З поступал на образец.
 |
| Рис.10. Блок-схема измерительной установки. |
Монохроматор УМ-2 использовался, в основном, для измерения спектральных зависимостей тока короткого замыкания и сенситометрических характеристик образцов. Свет от лампы S, яркость которой регулировалась через линзу Л1, направлялся на входную щель монохроматора. С входной щели свет фокусировался линзой Л2 и направлялся на исследуемый образец. Зеркало З установлено таким образом, чтобы свет от ИК - монохроматора попадал на ту же часть образца, что и свет от монохроматора УМ-2.
Для формирования коротких импульсов ИК-света использовался светодиод АЛ-107 с длиной волны излучаемого света 930 нм. Светодиод через транзисторный ключ (ТК) подключен к генератору Г5-60. Питание ключа осуществлялось от регулируемого источника напряжения ТЕС-13. Отклики на импульсы ИК - света от светодиодов регистрировались осциллографом C1-76, работающим в ждущем режиме и синхронизированном генератором импульсов Г5-60. Смещение на образец подавалось от источника питания Б5-48.
Измерение освещенности образца производилось с помощью люксметра Ю116.
Гетеропереход был включен в вентильном режиме, т.е. напряжение на него не подавалось. Сигнал тока короткого замыкания усиливался микросхемой К140УД8 и преобразовывался в сигнал напряжения.
Структура преобразователя оптического изображения в электрический сигнал была показана на рис.8.
Рассмотрим возможности такой системы применительно к регистрации оптического изображения различного спектрального состава. На рис.11 представлена зависимость величины модуляции тока, генерированного светом с λ=950 нм от длины волны коротковолновой подсветки.
 |
| Рис.11. Зависимость величины тока короткого замыкания от длины коротковолнового света. |
Видно, что максимальный эффект достигается при λ=520 нм (край собственного поглощения сульфида кадмия). Более коротковолновый свет сильно поглощается в базовом слое сульфида кадмия, поэтому концентрация фотовозбужденных дырок в окрестностях ОПЗ определяется толщиной слоя сульфида кадмия (W) и диффузионной длиной дырок в этом материале Lp. Если W³Lp, то ОПЗ достигают не все фотогенерированные дырки, что приводит к уменьшению величины коротковолновой стимуляции.