High Intensity Broad Spectrum LEDs in the Near Infrared Range

IR LEDs are widely used in the near-infrared (NIR) spectroscopy, especially in hand-held devices for the detection and measurement of organic materials, allowing faster and cheaper examinations. The -OH, -NH and -CH functional groups found in organic substances can frequently be detected by spectroscopy through absorbance measurement at the resonance wavelength of valence-bond vibrations. The measured wavelengths are 4-2.5 μm, while signal to noise ratio of photon detectors is low due to thermal noise at room temperature. The 1st-3rd harmonic absorption bands are located in the range of the NIR, where smaller signals can be measured effectively in practice. The LEDs have tunable narrow wavelength range therefore they are suitable for such measurements as radiation sources. Further advantages of LEDs compared to incandescent lamps are small dimensions, high efficiency, and low power consumption. In order to tune the emission wavelength of the LED, the composition of the semiconductor light-emitting layer has to be properly set. The change in chemical composition will generally affect the lattice constant too. The crystal defects caused by lattice-mismatch often reduce the efficiency. The emission wavelength is tunable in the quaternary GaInAsP/InP material system meanwhile the lattice-constant remains unchanged. Absorption band of the organic materials is generally broader than the emission spectrum of the LED, therefore a broader emitter is preferred. To achieve this, a number of solutions are known. One of these is to use multiple layers with different composition, where the primary light comes from the active layer at the p-n junction of the diode, then excites the second smaller band gap layer producing longer wavelength secondary light by photoluminescence. The transmitted part of the primary light, together with the secondary light, results in a broader spectrum. This method is not yet implemented in this material system, so my work is focused mainly on this approach

Félvezető szenzorok elektronikus zajának eredete = The origin of electronic noise in semiconductor sensors

A projekt támogatásának felhasználásával létrehoztunk egy alacsonyfrekvenciás zaj mérésére alkalmas laboratóriumot. A fő műszer az SR785 spektrum analizátor. Szenzor anyagok és szenzorok zajtulajdonságait vizsgáltuk. A zajmérések segítségével értelmeztük a porózus Si áramvezetési mechanizmusát. Zaj szempontból optimalizáltuk az PbS fotóellenállás technológiáját. Megállapítottuk, hogy az ion-implantantált piezo-ellenállások zaja kritikusan függ az ellenállás-hordozó közti p-n átmenet záróirányú áramától. Vizsgáltuk a szenzorok zaja miatti elvi alkalmazási korlátozásokat. Rendszeresen szerepeltünk a Fluctuation and Noise Symposium-on. Számos fiatal kutatót és gyakornokot vontunk be a munkákba. | Low-frequency electrical noise measuring set up has been built due to the financial support of the project. The main instrument is the SR785 dual channel dynamic signal analyser. The noise characteristics of sensors and sensor materials were investigated. The current conduction mechanisms in porous Si were interpreted taking into account the noise. The technology of PbS photo resistor was optimised in respect the noise. It was pointed out that the noise in ion-implanted pieso-resistor depends critically on the reverse current of the p-n junction between the resistor and the substrate. The noise limitations of the figures of merits of sensors were also investigated. Papers were presented in each year on the Fluctuation and Noise Symposium. Numerous young scientists and trainees were involved in the work

Optikai mikromanipuláció a biofizikában = Optical micromanipulation in biophysics

A projekt új lézercsipesz laboratórium kiépítését finanszírozta. Fő fejlesztés egy fény térmodulátorral (Spatial Light Modulator -SLM) felszerelt lézercsipesz megépítése. Ezzel tetszőlegesen sok csapda független egyidejű programozására van lehetőség. Új litográfiás berendezést is beszereztünk, ezzel mikrofluidikai eszközöket és integrált optikai elemeket készítünk. Az új laboratóriumban új típusú optikai mikromanipulációs kísérleteket végeztünk. Bonyolult alakú teszt objektumokkal összetett mozgásokat lehet megvalósítani. Négy típusú kutatást folytattunk: 1. A torziós manipulációs lehetőséget kihasználva DNS molekula csavarási tulajdonságait viszgáltuk. 2. A fotopolimerizációs struktúra építést és az új lézercsipeszt kihasználva új vizsgálati eszközöket készítettünk, mint mikroviszkozitásmérő, optikai mikromanipulátor. Modellrendszert alkottunk biológiai mozgások modellezésére: Kísérletileg kimutattuk és jellemeztük a hidrodinamikai szinkronizáció jeléenségét. 3. A folyadék mozgatásának fénnyel való vezérlését továbbfejlesztettük, a folyadék áramlási mintázatának fénnyel való változtatását oldottuk meg mikrofluidikai csatornában. 4. Integrált optikai elemeket készítettünk fotopolimerizációval mikrofluidikai alkalmazásra. Nagy érzékenységű interferometrikus szenzort készítettünk, ezt intermolekuláris reakciók jellemzésére, illetve optoelektronikai logikai áramkörök építésére alkalmaztuk. | The project supported the development of a new optical tweezers laboratory. The main development was the building of optical tweezers based on a Spatial Light Modulator (SLM). With this there is possibility to independently program an arbitrary number of optical traps. We also purchased a new photolythography device, this supportsthe building of microfluidics elements and integrated optical parts. In the new laboratory we performed novel optical manipulation experiments.We can realise complicated motions with test objects of complex shape. We worked on four types of experiments: 1. Using the possibility to rotate the trapped objects, we performed torsional manipulation experiments on DNA molecules. 2. Applying the photopolymerisation technique and the new optical tweezers we developed new experimental methods, like microviscosimeter, optical micromanipulator. We also created a model system to mimic biological motions. We experimentally demonstrated and characterised the phenomenon of hydrodynamic synchronisation. 3. We further developed the optical control of fluid flow: we realised the opticaal change of flow pattern in a microfluidics channel. 4. We built integrated optical elements for microfluidics applications. We built a high sensitivity interferometric sensor, and we used this to follow intermolecular interactions and to create optoelectronic logical circuit elements

Együtt-párologtatott négykomponensű félvezető vékonyréteg fotovoltaikus célra = Co-evaporated four-component semiconductor thin films for photovoltaics

A CIGS PV szerkezet kutatásának célja az együtt-párologtatásos előállításnál fellépő folyamatok megismerése; és az n-típusú puffer-réteg létrehozása vákuumtechnikailag zárt ciklusba rendezhető módon. Utóbbit az atomi réteg-leválasztási technika hazai bevezetésével oldottuk meg. Kb. 200 ciklusban Zn-és 2 at% Al prekurzor-technikával Al-mal adalékolt ZnO-rétegek üveg hordozón T= 210-220°C-on reprodukálhatóan kialakíthatók n=1,2•1021cm-3 adalékkoncentrációval, µ= 0.7 cm2/Vs mozgékonysággal ill. ρ≈2 mΩcm (1 ill. 7 mΩcm laterális és normális) vezetőképességgel. A CIGS rétegnövesztést ún. flash-párologtatásos módszerrel és utólagos szelenizációval vizsgáltuk. Ampullában, együttes párologtatással (T=500°C, t=15min) csak kalkopirit összetevők mutathatók ki, a hőkezelés csak a Ga-tartalmat befolyásolja. Az ideális CuIn0,8Ga0,2Se2 összetétel 10-15 perces hőkezeléssel beállítható a szokásos morfológiával, amit konformálisan fed be a kb. 40nm ALD pufferréteg . Üvegen, Mo-elektródra párologtatott (In, Ga) és porlasztott (Cu) fémösszetevők rétegsorrendjének szerepe döntő utólagosan szelenizált rétegszerkezeten. Felpárologtatott Se-forrás hőkezelésével (változó gőznyomáson) vákuumban a szelenizáció nem sikeres, de konstans gőznyomáson (ampullában) tökéletes, ha a fémrétegek sorrendje In, Ga, Cu. | The research on CuInGaSe2 (CIGS) thin film PV structures aimed at understanding of fundamental phenomena at the co-evaporation of the absorber layer; and the development of n-type buffer-layer by an integrable vacuum-method. Latter problem was solved by the adoption of the Atomic Layer Deposition (ALD) technique. In ca. 200 cycles of alternating Zn and ca. 2at% Al precursor pulses Al-doped ZnO layers on glass substrates could be formed reliably at T= 210-220°C with n=1,2•1021cm-3 doping concentration, µ= 0.7 cm2/Vs mobility and ρ≈2 mΩcm (1 vs. 7 mΩcm lateral and normal) resistivity. CIGS layer growth by the "flash-evaporation" method and with the post-selenisation of the metallic precursors was studied. Co-evaporation at T=500°C, t=15min results in solely chalcopyrite components, annealing time affects only the Ga-content in the layer. The composition CuIn0,8Ga0,2Se2 ideal for PV application can be set by an annealing for 10-15 min with the usual morphology, to be covered conformally by the ca. 40nm ALD buffer. The influence of the sequence of evaporated (In, Ga) and sputtered (Cu) metallic components on Mo-coated glass was studied by structural analyses on post-selenized d= 800…1200 nm layers. By the annealing of evaporated Se-source on top in vacuum (i.e. at varying Se vapour pressure) selenization was not successful. At constant vapour pressure (ampoule method) with a metal-layer order of In, Ga, Cu selenization is perfect

Near infrared luminescence of CdS:Cu thin films prepared by chemical bath deposition

CdS is an n-type heterojunction partner of p-type CdTe or CuIn(Ga)Se2 absorber layer in polycrystalline heterostructure solar cells. The best solar cells based on Cu(InGa)Se2 (CIGS) absorbers are achieved by using a very thin (50 nm) CdS buffer layer deposited by chemical bath deposition (CBD) [1].The conductivity of the CdS window layer has to be optimized in order to achieve high efficiency of the devices. It is well known that the conductivity of the CdS films is sensitive to heat treatment [2]. Separate measurement of the conductivity of the layers in the multilayer structures is very difficult, but the change of optical absorption or photoluminescence spectra can indicate the impurity levels of the layers. High intensity infrared luminescence, indicate acceptor like deep levels, which compensate the electron concentration, and decrease the conductivity of the CdS layers. In this work, CdS thin films prepared by chemical bath deposition have been characterized by infrared (IR) luminescence, optical transmission, and photoconductive response measurements