Zagadnienia specjalnościowe od 20 do 29 Flashcards
- Podstawowe parametry energetyczne i fotometryczne promieniowania świetlnego (nazwy, definicje, jednostki).
Oto skrócona wersja parametrów energetycznych i fotometrycznych:
Parametry Energetyczne:
- Strumień promieniowania (Φe): Całkowita moc promieniowania elektromagnetycznego emitowana przez źródło światła. Jednostka: [W].
- Gęstość strumienia promieniowania (Ee): Moc promieniowania przypadająca na jednostkową powierzchnię. Jednostka: [W/m²].
- Energia promieniowania (Qe): Całkowita energia przekazywana przez promieniowanie w określonym czasie. Jednostka: [J].
- Natężenie promieniowania (Ie): Moc promieniowania przypadająca na jednostkowy kąt bryłowy w określonym kierunku. Jednostka: [W/sr].
- Spektralna gęstość strumienia promieniowania (Φe,λ): Moc promieniowania na jednostkę powierzchni przypadająca na jednostkowy przedział długości fali. Jednostka: [W/m²·nm].
Parametry Fotometryczne:
- Strumień świetlny (Φ): Całkowita moc światła widzialnego emitowanego przez źródło, uwzględniająca czułość ludzkiego oka. Jednostka: [lm].
- Natężenie oświetlenia (E): Strumień świetlny padający na jednostkową powierzchnię. Jednostka: [lx].
- Natężenie światła (I): Strumień świetlny emitowany w określonym kierunku na jednostkę kąta bryłowego. Jednostka: [cd].
- Jaskrawość (L): Natężenie światła emitowanego lub odbitego w określonym kierunku na jednostkę powierzchni emisyjnej. Jednostka: [cd/m²].
- Jaskrawość powierzchniowa (Lv): Ilość światła emitowanego lub odbitego przez jednostkową powierzchnię w określonym kierunku. Jednostka: [cd/m²].
- Wydajność świetlna źródła (η): Stosunek strumienia świetlnego do mocy promieniowania. Jednostka: [lm/W].
- Temperatura barwowa (Tc): Temperatura czarnego ciała, którego barwa jest najbardziej zbliżona do barwy źródła światła. Jednostka: [K].
- Wskaźnik oddawania barw (CRI): Miara zdolności źródła światła do wiernego odwzorowywania barw oświetlanych obiektów w porównaniu do światła naturalnego. Skala: [0 do 100].
- Podstawowe zjawiska optyczne w półprzewodnikach.
Oto uproszczona wersja opisów związanych z absorpcją, rekombinacją, luminescencją, odbiciem światła oraz zjawiskami fotoelektrycznymi:
Absorpcja
- Definicja: Proces, w którym fotony są pochłaniane przez półprzewodnik, a ich energia wzbudza elektrony z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa.
Rekombinacja
- Definicja: Proces, w którym wzbudzony elektron wraca do pasma walencyjnego, łącząc się z dziurą, co prowadzi do emisji energii.
- Rodzaje:
- Rekombinacja promienista: Emitowana energia w postaci fotonu (światło).
- Rekombinacja niepromienista: Energia przekazywana w postaci ciepła do sieci krystalicznej.
Luminescencja
- Definicja: Proces emisji światła przez materiał po absorpcji energii, zazwyczaj związany z rekombinacją elektronów i dziur w półprzewodnikach.
Odbicie światła
- Definicja: Proces, w którym fotony padające na powierzchnię materiału są odbijane, zamiast być absorbowane lub przechodzące przez materiał.
- Rodzaje:
- Odbicie zwierciadlane: Odbicie od gładkiej powierzchni, gdzie kąt padania = kąt odbicia.
- Odbicie rozproszone: Odbicie od chropowatej powierzchni, gdzie światło jest rozpraszane we wszystkich kierunkach.
Zjawiska fotoelektryczne
- Zewnętrzny efekt fotoelektryczny: Emitowanie elektronów z powierzchni materiału pod wpływem padającego światła.
- Wewnętrzny efekt fotoelektryczny: Generacja par elektron-dziura wewnątrz półprzewodnika pod wpływem padającego światła.
- Projektory wizyjne: luminancja obrazu a parametry projekcji, rozdział strumieni RGB w projektorze LCD, projektor barwny z jednym przetwornikiem DMD.
Projektor wizyjny
Definicja: Urządzenie do powiększania obrazu świetlnego, dostarczanego z laptopa lub kamery wideo. Składa się z układu optycznego (soczewek i zwierciadeł), który rzutuje obraz na ekran.
Luminancja
- Definicja: Miara natężenia oświetlenia padającego w danym kierunku. Opisuje ilość światła na jednostkę powierzchni w danym kierunku.
Parametry Projekcji:
- Moc lampy projektora: Wyższa moc lampy = wyższa luminancja.
- Kontrast: Wyższy kontrast = lepsza widoczność wyświetlanego obrazu.
- Rozdzielczość: Wyższa rozdzielczość może poprawić postrzeganą luminancję.
- Barwa: Wierność odtworzenia kolorów.
Projektory LCD
- Działanie: Wykorzystują 3 matryce LCD (RGB) do projekcji obrazów w podstawowych kolorach. Obrazy z matryc są nakładane na siebie w pryzmacie, tworząc finalny obraz na ekranie.
Przetwornik DMD
- Definicja: Matryca mikroluster, gdzie każde lustro odpowiada jednemu pikselowi obrazu. Generuje obraz poprzez kontrolowanie kierunku odbicia światła.
- Przedstawić klasyfikację i omówić istotne cechy wyładowań w gazie i ich potencjalne wykorzystanie w procesach technologicznych.
Wyładowania w gazie
Definicja: Zjawiska fizyczne towarzyszące przepływowi prądu elektrycznego przez gaz.
Klasyfikacja Wyładowań:
1. Wyładowanie samodzielne - samoistne, np. piorun.
2. Wyładowania niesamoistne - wymagają zewnętrznego źródła jonizacji, np. wyładowanie jarzeniowe.
Czasowy Przebieg Wyładowania:
- Wyładowanie ustalone - np. stałoprądowe wyładowanie jarzeniowe.
- Wyładowanie nieustalone - np. iskrowe wyładowanie jarzeniowe.
Jaskrawość Promieniowania Świetlnego:
- Ciemne - nikła poświata.
- Wyładowanie jarzeniowe - wyraźna, ale nieoślepiająca poświata.
- Łukowe - bardzo jaskrawe świecenie.
Istotne Cechy Wyładowań w Gazie:
- Różne wyładowania występują w różnych gazach i ciśnieniach.
- Wysoka koncentracja nośników ładunku elektrycznego podczas wyładowania.
- Możliwość formowania i kierunkowania cząstek elektrycznie i magnetycznie naładowanych.
- Cząstki nabierają różnych energii w zależności od pola elektrycznego.
Wykorzystanie w Procesach Technologicznych:
- Spawanie - metali i światłowodów w łuku elektrycznym.
- Oświetlenie - świetlówki.
- Osadzanie warstw z fazy gazowej - PVD i CVD.
Procesy Osadzania Warstw z Fazy Gazowej:
PVD (Physical Vapor Deposition)
- Definicja: Proces osadzania materiału/warstwy z fazy gazowej, który obejmuje zjawiska fizyczne. Materiał osadzany jest przez kondensację pary na materiale.
- Metody dostarczania energii: przepływ prądu, bombardowanie wiązką jonów, promieniowanie.
- Etapy PVD:
- Otrzymanie par materiału.
- Transport par materiału.
- Kondensacja materiału na podłożu (wzrost warstwy).
CVD (Chemical Vapor Deposition)
- Definicja: Proces osadzania warstw z fazy gazowej w wyniku reakcji chemicznych między prekursorami gazowymi a materiałem podłoża.
- Rola jonów: Wspomagają procesy osadzania warstw poprzez dostarczanie energii i uczestniczenie w reakcjach chemicznych.
- Sposoby łączenia włókien światłowodowych – klasyfikacja, porównanie, parametry łączy.
Łączenie światłowodów możemy dokonać poprzez:
- Złączki – Są różne rodzaje złączek, każda z nich charakteryzuje się innymi wartościami tłumienia, wielkościami oraz typami zastosowanych obudów.
Spawy światłowodów – Spawanie jest nierozłącznym połączeniem dwóch światłowodów.
Takie łączenie cechuje się dużo mniejszą tłumiennością niż złączki.
Drogi sprzęt, kosztowny proces.
Tłumienność złączek wynosi około 1dB zaś spawu od 0,01 do 0,1dB
Parametry łączy:
- Apertura Numeryczna (NA) – jest to kąt, pod jakim światłowód akceptuje wprowadzony sygnał optyczny i emituje go na końcu linii.
Średnica płaszcza i rdzenia – bardzo istotne znaczenie średnic jest podczas łączenia włókien (spawania) oraz spinania włókien (złączkami).
Tłumienność jednostkowa – jest wyrażana poprzez jednostkę dB/km, charakteryzuje stratę mocy sygnału na jednostkę długości.
Pasmo przenoszenia – jest wartością określającą bezpośrednio przepustowość kabla.
- Sposoby wykonywania precyzyjnych ścieżek w technologii grubowarstwowej (sitodruk precyzyjny, metoda FODEL, trawienie, metoda offset, zastosowanie lasera).
Sitodruk precyzyjny - Sitodruk polega na przeciskaniu pasty za pomocą rakli przez sita stalowe lub polimerowe.
Na sito jest uprzednio nanoszona emulsja, w której metodami fotolitograficznymi wykonuje się okna w kształcie zadanego wzoru.
Transfer pasty na podłoże następuje wyłącznie przez niezamaskowane obszary sita.
Trawienie - Trawienie jest metodą usuwania nadmiaru materiału przewodzącego z powierzchni podłoża w celu uzyskania pożądanych ścieżek.
Metoda FODEL – łączy metody sitodruku i trawienia
Sitodruk na całym obszarze podłoża, na którym będą wytwarzane wzory,
Suszenie warstwy,
Naświetlanie przez maskę – utrwalenie naświetlonych obszarów,
Wywołanie – wypłukanie obszarów, które były zasłonięte na masce fotolitograficznej,
Wypalenie.
Metoda Offset - W metodzie druku offsetowego wzór struktury jest wykonywany w postaci rowków w specjalnej formie, zwykle metalowej, polimerowej bądź szklanej.
Wzór wytrawia się chemicznie lub wycina laserem.
Następnie rowki wypełnia się pastą przy pomocy zgarniaka, po czym do formy jest dociskany polimerowy stempel.
Następuje wtedy transfer pasty ze wzoru na formie na powierzchnię stempla.
W kolejnym kroku wzór ten jest odciskany na podłożu docelowym.
Zastosowanie Lasera - Na podłoże jest nanoszona warstwa światłoczuła, która jest usuwana w danych obszarach za pomocą lasera.
Pozostający obszar warstwy tworzy żądaną strukturę.
Z uwagi na czas i koszt procesu usuwany obszar nie powinien być zbyt duży w stosunku do całej warstwy.
- Wymienić i krótko scharakteryzować podstawowe cechy transmisji światłowodowej.
- Wysoka przepustowość – Światłowody maja zdolność do przesyłania dużej ilości danych z bardzo dużymi prędkościami. Przepustowość łącza może sięgać terabitów na sekundę.
- Trudność w podsłuchu – Wynika to z faktu że światłowody nie emitują promieniowania elektromagnetycznego, które mogłoby być przechwycone. Odczyt informacji można uzyskać tylko poprzez dostęp fizyczny do światłowodu.
- Duża odporność na zewnętrzne zakłócenia elektromagnetyczne – Sygnał nie możne zostać zniekształcony przez zakłócenia elektromagnetyczne ze względu na wykorzystanie światła do przenoszenia informacji.
- Zasięg transmisji - Bardzo małe tłumienie i całkowite wewnętrzne odbicie na granicy rdzenia umożliwia transmisję bez regresji na znaczne odległości
- Zaawansowane techniki mikro- i nanolitograficzne (fotolitografia, elektronolitografia, rentgenolitografia, jonolitografia, nanopieczątkowanie, litografie interferencyjne, skaningowe litografie próbnikowe).
Fotolitografia - proces polegający na odtworzeniu wzoru fotomaski na podłożu np. półprzewodnikowym.
Proces ten składa się z następujących etapów:
-Nawirowanie warstwy emulsji światłoczułej na powierzchnię podłoża, w której ma być wytworzony żądany wzór.
-Naświetlanie warstwy emulsji poprzez maskę (UV).
-Wywołanie, polegające na usunięciu fragmentów warstwy kopiowej, prowadzące do odsłonięcia odpowiednich miejsc powierzchni podłoża,
- W przypadku emulsji negatywowej fragmentów zasłoniętych maską – nie naświetlonych
- W przypadku emulsji pozytywowej – naświetlonych.
-Trawienia ,,mokrego” w roztworze chemicznym lub ,,suchego” (przy użyciu zogniskowanej wiązki jonów) odsłoniętych fragmentów warstwy podłoża w celu wykonania okien umożliwiających przeprowadzenie dalszych operacji technologicznych np. dyfuzji lub implantacji domieszek
Elektronolitografia - proces litografii polegający na odtworzeniu wzoru na podłożu półprzewodnikowym przez naświetlanie rezystu przy pomocy wiązki elektronów.
Występują dwa rodzaje elektronolitografii:
Skaningowa – polega na naświetleniu rezystu przez sekwencyjne skanowanie powierzchni wiązką elektronową według określonego wzoru.
Wiązka sterowana jest komputerowo, nie istnieje konieczność stosowania maski, ale skanowanie sekwencyjne zwiększa czas naświetlenia;
Projekcyjna - wykorzystuje szeroką, niezogniskowaną wiązkę elektronów dla odtworzenia wzoru w trakcie pojedynczego naświetlenia;
Rentgenolitografia - proces litografii polegający na odtworzeniu wzoru na podłożu półprzewodnikowym przez naświetlanie rezystu przy pomocy wiązki promieniowania rentgenowskiego (długości fali od 0,5-4,0 nm).
Jonolitografia - proces litografii polegający na odtworzeniu wzoru na podłożu półprzewodnikowym przez skanowanie powierzchni przy pomocy wiązki jonów. Rozdzielczość jonolitografii nie przekracza 10 nm.
Nanopieczątkowanie - proces litografii polegający na przeniesieniu wzoru lub nanostruktury przez deformację rezystu pieczęcią i uformowanie nanostruktur lub elementów układu elektronicznego na podłożu półprzewodnikowym.
Wzór jest formowany na skutek mechanicznej deformacji powłoki polimerowej rezystu przy użyciu formy (pieczęci).
Istnieje możliwość uzyskania nanostruktur o wymiarach mniejszych niż 10 nm.
Litografie interferencyjne - metoda tworzenia wzorów na powierzchni materiałów za pomocą wykorzystania zjawiska interferencji dwóch lub większej ilości liczby wiązek laserowych.
By otrzymać interferencję należy podzielić wiązkę w jednym z układów interferencyjnych.
W układzie takim wiązka dzielona jest np. przy pomocy pryzmatu.
Następnie wiązki są składane w jednym miejscu tworząc wzór interferencyjny.
Odpowiednio duża moc wiązki laserowej może dać w ten sposób usunięcie materiału w maksimach interferencyjnych pozostawiając w minimach materiał nienaruszony.
Uzyskuje się w ten sposób powtarzalny wzór na stałe utrwalony na powierzchni danego materiału.
- Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne. Określić warunki występowania oraz podać przykłady zastosowania.
Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne – zjawisko fizyczne polegające na przenoszeniu nośników ładunku między pasmami energetycznymi, na skutek naświetlania promieniowaniem elektromagnetycznym (na przykład światłem widzialnym) o odpowiedniej częstotliwości, zależnej od przerwy energetycznej materiału.
Warunek występowania:
Energia fotonu musi być większa od przerwy energetycznej materiału.
Przykłady zastosowania:
-Ogniwa fotowoltaiczne,
- Fotodetektory,
- Matryca fotodetekcyjna aparatu fotograficznego, noktowizja
