piątek, 24.11.2017 - tydzień (N)ieparzysty
logoPolSl100logoRE100
Wydział Elektryczny

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Laboratorium badawcze chemicznych czujników gazu

Potencjał możliwości pomiarowych Katedry Optoelektroniki Politechniki Śląskiej obejmuje wielokanałowe układy dozowania mieszanin gazowych umożliwiające badanie i wyznaczanie podstawowych parametrów metrologicznych chemicznych czujników gazu. Badane czujniki gazu umieszczane są w komorach pomiarowych, które pozwalają eksponować je na mieszaniny o zadanej koncentracji badanego analitu gazowego. Układy umożliwiają podłączenie dowolnych butli z badanymi mieszaninami gazowymi o kalibrowanych składach mieszanek. Układy dozowania są wyposażone w precyzyjne i inertne chemicznie reduktory gazowe, przepływomierze masy, układy filtracji mieszaniny gazowej oraz kontrolę wilgotności i temperatury badanej mieszaniny. Tory pneumatyczne wykonano ze stali nierdzewnej o wysokiej jakości. Zastosowano standardy połączeń pneumatycznych typu Swagelok® i VCR® w instalacjach gazowych. Systemy pomiarowe są w pełni automatyczne i zarządzane serwerami gazowymi, co pozwala na uzyskanie mieszanin gazowych o zmiennej koncentracji badanego analitu gazowego. Układy badawcze dozowania mieszanin do badania parametrów metrologicznych chemicznych czujników gazu wyposażono w referencyjne czujniki komercyjne (elektrochemiczne, IR, katalityczne, itp).

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Laboratorium technologiczne wytwarzania struktur cienkowarstwowych

Laboratorium realizuje prace badawcze i technologiczne w zakresie wytwarzania cienkich warstw i struktur cienkowarstwowych technikami PVD: metodą rozpylania magnetronowego, rozpylania wiązką elektronów i odparowania w próżni, oraz metodami chemicznymi. Laboratorium wyposażone jest w napylarki współpracujące z układami pompowymi zbudowanymi na bazie pomp turbomolekularnych. Układy te pozwalają na uzyskanie próżni bazowej roboczej rzędu 10-7 mbar. Prace prowadzone w laboratorium w głównej mierze ukierunkowane są na wytwarzanie biernych i czynnych warstw oraz układów wielowarstwowych dla zastosowań w optoelektronice zintegrowanej, fotonice, elektronice oraz optycznej i akustoelektronicznej sensoryce. Laboratorium technologiczne Katedry Optoelektroniki Politechniki Śląskiej zajmuje się:

  • opracowaniem i wytwarzaniem światłowodów planarnych o skokowym współczynniku załamania metodą reaktywnego rozpylania magnetronowego w próżni,
  • technologią cienkich warstw metalicznych Au, Cu, Pd, Ag, Al, Ti, Ni, W, Mo, Cr, otrzymywanych techniką rozpylania magnetronowego i parowania w próżni (w szczególności metali o katalitycznych własnościach),
  • opracowaniem i technologią plazmonowych i interferencyjnych struktur sensorowych w układach światłowodu planarnego, paskowego oraz na włóknach optycznych,
  • wytwarzaniem warstw chemo- (gazo-) i elektrochromicznych tj. WO3, V2O5, MoO3, Nb2O5,
  • technologią cienkich warstw ftalocyjanin i polimerów w tym polimerów przewodzących (PANi, PPy, i.in.),
  • badania i wytwarzanie wielowarstwowych struktur dielektrycznych o dużym kontraście dielektrycznym dla zastosowań w zwierciadłach dielektrycznych, filtrach interferencyjnych i strukturach fotonicznych,
  • nanoszenia warstw rezystywnych i przewodzących oraz układów elektrod i przetworników grzebieniowych na potrzeby układów elektrycznych i elektronicznych.
Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Laboratorium metrologiczne mikroskopii skaningowej i spektrometrii

Katedra Optoelektroniki Politechniki Śląskiej dysponuje laboratoriami metrologicznymi, pozwalającymi na wszechstronną nanoidentyfikację i nanocharakteryzację warstw oraz badania własności optycznych struktur fotonicznych i plazmonowych oraz struktur mikroelektronicznych w szerokim zakresie widma promieniowania elektromagnetycznego. Informacje dotyczące morfologii oraz struktury układów cienkowarstwowych otrzymuje się metodami STM/AFM/XRF. Metodami spektroskopowymi UV-VIS oraz elipsometrią struktury charakteryzowane są pod kątem własności optycznych. Pełnej charakterystyki struktur dopełnia spektroskopia ramanowska i mikroskopia optyczna pola bliskiego. Mnogość metod pomiarowych umożliwia pełną charakteryzację fizykochemiczną badanych cienkich warstw i ich układów.

Potencjał możliwości charakteryzacji struktur cienkowarstwowych:

  • system Ntegra Spectra (NT-MDT) – kompleksowe pomiary w zakresie mikroskopii sił atomowych (AFM kontakt, półkontakt); skaningowej mikroskopii konfokalnej, mikroskopii optycznej w polu bliskim SNOM, skaningowej spektroskopii ramanowskiej (532 nm, 633 nm), skaningowej mikroskopii tunelowej STM,
  • spektrometr rentgenowski fluoroscsencyjny XRF (NT-MDT) – analiza składu chemicznego,
  • spektralny elipsometr 250-1700 nm – wyznaczane parametrów optycznych,
  • metody spektrometryczne UV-VIS-NIR, spektrometry 200-1100 nm (Ocean Optics),
  • stanowisko badawcze do wyznaczania właściwości modowych planarnych i siatkowych struktur fotonicznych.
Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Laboratorium technologii światłowodowej

Badania struktur fotonicznych ze sprzęgaczami siatkowymi oraz badania optycznych struktur falowodów planarnych wykonanych z materiałów półprzewodnikowych o szerokiej przerwie energetycznej, wymagają wykorzystania stanowisk badawczych w dużej części dedykowanych. Dla potrzeb badań powyższych struktur zostało zaprojektowane, zbudowane i wykorzystane prototypowe (oryginalne) stanowisko badawcze do wyznaczania charakterystyk modowych z wykorzystaniem sprzęgaczy pryzmatycznych oraz struktur fotonicznych ze sprzęgaczami siatkowymi. Głównym elementem stanowiska jest goniometr, na bazie silnika krokowego posiadający rozdzielczość kątową na poziomie αr = 0,0005°. Stanowisko to składa się także ze źródła światła - lasery półprzewodnikowe o różnych długościach fal: λ=635 nm, λ=650 nm, λ=670 nm, λ=677 nm ze stabilizacją parametrów zasilania oraz stabilizacją temperatury. W celu ustalenia stanu polaryzacji wiązki światła w torze optycznym, zastosowano polaryzator krystaliczny oraz rotator optyczny, ustalający stan polaryzacji pobudzanych modów: TE lub TM. Badana struktura fotoniczna ze sprzęgaczem siatkowym lub światłowód planarny ze sprzęgaczem pryzmatycznym umieszczona jest na stoliku goniometrycznym. Sygnał optyczny z badanej próbki jest przenoszony do fotodiody o dużej powierzchni światłoczułej. W celu eliminacji zakłóceń stosowano detekcję homodynową, w tym celu zastosowano wzmacniacze typu Lock-In. Akwizycja danych pomiarowych odbywa się w komputerze klasy PC.

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Laboratorium wytwarzania światłowodów metodami dyfuzji i elektrodyfuzji jonów

W pracowni realizowane są procesy technologiczne wymiany jonowej w szkłach. Wykorzystuje się do tego szkła (najczęściej) krzemianowe zawierające w swoim składzie duże ilości (kilka %) modyfikatora mającego relatywnie niską energię wiązania z więźbą szkła. Modyfikator ten występuje w strukturze szkła w postaci jonowej. W szkłach krzemianowych modyfikatorem tym jest najczęściej jon sodu (Na+). Pracownia wyposażona jest w piece oporowe, w których osiągane są temperatury rzędu 400÷500°C. Jako ciekłe źródła jonów domieszek (Ag+, K+) stosowane są odpowiednie azotany. Znajomość temperaturowych zależności współczynników dyfuzji wymienianych jonów umożliwia kontrolę efektów tych procesów w czasie rzeczywistym na podstawie bieżącego pomiaru temperatury procesu. Stwarza to możliwość uzyskiwania wysokiej powtarzalności technologicznej właściwości refrakcyjnych wytwarzanych struktur gradientowych. W pracowni znajduje się również stanowisko umożliwiające realizację procesów dyfuzji wspomaganej polem elektrycznym (elektrodyfuzji).

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Laboratorium fotolitografii i nanoszenia warstw polimerowych

Podstawowym elementem laboratorium, jest urządzenie firmy Karl Sűss które przeznaczone jest do kopiowania wzorca z maski fotolitograficznej na powierzchnię fotorezystu. Pozostałe elementy laboratorium to:

  • miejsce przygotowania podłoży,
  • wirówka do nanoszenia fotorezystu,
  • sterowany piec do procesów termicznych,
  • miejsce do wywoływania i usuwania fotorezystu,
  • miejsce do procesów trawienia,
  • mikroskopu Nikon ECLIPSE E200 z kamerą CCD.

Urządzenie do naświetlania pozwala na przeprowadzanie procesu naświetlania z wykorzystaniem długości fali 365 nm techniką kontaktową. Stąd wyposażone jest w szereg elementów umożliwiających poprawne centrowanie podłoża z fotomaską oraz odpowiedni docisk podłoża do fotomaski. Podstawowe moduły urządzenia to: układ naświetlania, układ uchwytów fotomasek i podłoży oraz układ centrowania. Dla poprawnego działania urządzenie wymaga podłączenia trzech linii pneumatycznych: sprężonego powietrza, podciśnienia oraz azotu, które są niezbędne do sterowania wszystkimi jego funkcjami. Ze względu na fakt, że wszystkie etapy procesu fotolitograficznego powinny być prowadzone w warunkach jak największej czystości otaczającego środowiska, urządzenie zainstalowane jest w komorze laminarnej z cyrkulacją i filtracją powietrza typu ESCO AIRSTREAM KlasaII, w klimatyzowanym pomieszczeniu. Wirówka firmy Rein Raum Technik Lanz, model EBS 11, jest wyposażona w regulator prędkości obrotowej oraz przyspieszenia pozwala na nanoszenie warstw fotorezystów oraz innych warstw metodą spin-on. Urządzenie jest wyposażone w podciśnieniowy uchwyt podłoży. Sterownik wirówki pozwala na programowanie wartości prędkości oraz przyspieszeń kątowych.

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Laboratorium badania efektów magnetooptycznych

Laboratorium ukierunkowane jest na badanie efektów magnetooptycznych w strukturach optycznych, takich jak: światłowody planarne i optyczne struktury objętościowe. W laboratorium testowane są:

  • światłowodowe czujniki prądu,
  • światłowodowe czujniki pola magnetycznego.

Podstawowym badaniem jest wyznaczanie stałej Verdeta oraz czułości magnetooptycznej czujników. Z uwagi na złożoność problematyki projektowania i budowania światłowodowych czujników polarymetrycznych, do których zaliczają się światłowodowe czujniki prądu i pola magnetycznego, laboratorium dysponuje stanowiskami do badań własności polaryzacyjnych, takich jak: wyznaczanie drogi zdudnień oraz badanie wpływu deformacji poprzecznych i skrętnych, a także badania wpływu drgań na własności polaryzacyjne czujników.

Najważniejsza aparatura będąca na wyposażeniu laboratorium:

  • analizator stanu polaryzacji DCP5500 na podczerwień (1510 – 1640 nm),
  • analizator stanu polaryzacji z głowicami na zakres widzialny (400 – 700 nm) oraz podczerwień (1300 – 1700 nm),
  • kontroler diod laserowych (ze stabilizacją temperatury),
  • cewka powietrzna, długa (dł.: 60 cm),
  • cewka powietrzna, długa (dł.: 80 cm),
  • cewka powietrzna, krótka (dł.: 12 cm),
  • zasilacze laboratoryjne prądu stałego (0-30 V; 0-20 A),
  • autotransformator (1 fazowy, 0-230 V; 23 A),
  • mierniki pola magnetycznego z sondą poprzeczną i podłużną
Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Laboratorium emisji akustycznej

Emisja akustyczna (EA) - zastosowanie emisji akustycznej do badań wyładowań niezupełnych (WNZ) w materiałach i urządzeniach elektroenergetycznych.

  • Pomiary WNZ metodą EA w układach z zamodelowanymi źródłami.
  • Analiza właściwości sygnałów EA pochodzących od różnych typów zamodelowanych źródeł WNZ.
  • Lokalizacja źródeł WNZ metodą triangulacji.
  • Pomiary WNZ metodą EA w prętach cewek generatorów. 
  • Analiza właściwości sygnałów EA pochodzących od rzeczywistych źródeł WNZ występujących w prętach cewek generatorów.
  • Lokalizacja źródeł WNZ w prętach cewek generatorów metodą stopnia zaawansowania sygnału EA.
  • Pomiary WNZ metodą EA w olejowych transformatorach energetycznych.
  • Analiza właściwości sygnałów EA pochodzących od rzeczywistych źródeł występujących w olejowych transformatorach energetycznych.
  • Sporządzanie map deskryptorów EA na ścianach bocznych transformatora i lokalizacja źródeł WNZ metodą stopnia zaawansowania sygnału EA.

Badania wykonywane są autorskimi systemami pomiarowymi (trzykanałowym systemem pomiarowym DEMA-COMP lub ośmiokanałowym systemem pomiarowym 8AE-WNZ) do badań zjawisk wyładowań niezupełnych (WNZ) metodą emisji akustycznej (EA) w warunkach laboratoryjnych oraz in situ.

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Stanowisko do wzbudzania plazmonów powierzchniowych oraz pomiaru ich charakterystyk spektralno-kątowych

Układ pomiarowy składa się ze sterowanego za pomocą komputera goniometru, układu formowania wiązki oraz układu detekcyjnego. Goniometr przystosowany został do pomiarów w zakresie kątów padania 20º - 90º. Wzbudzanie plazmonów powierzchniowych odbywa za pomocą hemisfery wykonanej ze szkła o dużym współczynniku załamania (szkło SF-14). Do jej podstawy mocowany jest, wykonany na płasko-równoległej płytce szklanej, układ warstwowy z aktywną warstwą plazmonową. Jako źródło światła mogą być wykorzystywane modulowane amplitudowo źródła laserowe lub żarowe źródła światła. Układ detekcyjny może zawierać fotodiodę w układzie detektora lock-in lub spektrometr światłowodowy pracujący w zakresie długości fal od 200 nm do 1100 nm. Układ pomiarowy przystosowany został do pracy w cyklu automatycznym.

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Elipsometr Spektralny typu SE-850

Elipsometr spektralny znajdujący się w posiadaniu Katedry Optoelektroniki przystosowany jest do pracy w zakresie spektralnym 280 nm - 2500 nm. Pomiary mogą się odbywać przy kątach padania z przedziału 40º - 90º. Elipsometr przystosowany jest do wyznaczania wielu parametrów cienkich warstw i ich układów, m.in.:

  • grubości - współczynnika załamania i jego dyspersji,
  • współczynnika ekstynkcji i jego dyspersji,
  • współczynnika odbicia i jego dyspersji,
  • współczynnika transmisji i jego dyspersji,
  • anizotropii,
  • nierówności powierzchni i powierzchni międzyfazowych,
  • profilu dyfuzji.

Wiązka sondująca ma regulowaną średnicę w zakresie od 2 mm do 4 mm. Spektrometr wyposażony jest w microspot zmniejszający średnicę wiązki sondującej do około 0.2 mm.

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Stanowisko pomiarowe do badania i testowania czujników gazu

Stanowisko składa się z następujących elementów:

  • komory pomiarowej,
  • komputerowo sterowanego,
  • wielokanałowego układu dozowania gazów,
  • podzespołów dodatkowych: komputer, częstościomierze, sterownik kontrolno-pomiarowy, oscyloskop cyfrowy i inne.

Układ dozowania gazów pełni następujące funkcje:

  • zadawania i kontroli przepływu mieszanki gazowej oraz odczytu przepływów,
  • sterowania zaworami elektromagnetycznymi przepływomierzów masowych,
  • stabilizacją temperatury płytki sensora.

Mikroprocesorowy system sterowania obsługuje 8 wejściowych i wyjściowych sygnałów analogowych (MFC – przepływomierze masowe, pomiar temperatury, sterowanie ośmioma zaworami i wyświetlaczem ciekłokrystalicznym). Sterownik wyposażono w 12 ośmiobitowych portów wejścia/wyjścia, przeznaczonych do podłączenie dodatkowych, cyfrowych przyrządów pomiarowych. System dozowania zapewnia minimalną dyskretyzację czasową 0,1 s oraz umożliwia profilowanie przepływu gazów.

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Bonder 5332 Ball – Deep Access

Montaż drutowy jest to najpopularniejsza metoda tworzenia kontaktu elektrycznego pomiędzy strukturami scalonymi i obwodami zewnętrznymi. Technika ta zwana jest wire bondingiem. Jest to proces zgrzewania dwóch materiałów poprzez poddanie ich działaniu siły deformującej drut i wymuszającej wymianę atomów pomiędzy metalem a warstwami kontaktów. W celu wytworzenia spoiny pomiędzy podłożem a drutem stosuje się kombinacje temperatury, nacisku i energii ultradźwiękowej dopasowaną do łączonych materiałów. Bonder 5332 BDA F&K Delvotec jest uniwersalnym urządzeniem pozwalającym na realizacje połączeń drutem złotym i aluminiowym o średnicach 25 μm w technice ball, wedge bonding.

Baza laboratoryjna Wydziału Elektrycznego

Elipsometr monochromatyczny SE400

Elipsometr wykorzystywany jest głównie do pomiarów grubości i współczynników załamania cienkich warstw. Zjawiskiem fizycznym wykorzystywanym w pomiarach elipsometrycznych jest zmiana stanu polaryzacji światła podczas odbicia od badanej struktury. Z analizy polaryzacji światła odbitego można wyznaczyć parametry optyczne i geometryczne struktury. Pomiary elipsometryczne mogą być realizowane w szerokim zakresie widmowym (elipsometry spektralne) bądź dla pojedynczej długości fali (elipsometry monochromatyczne). Na fotografii pokazany jest elipsometr monochromatyczny SE400 firmy SENTECH (Niemcy, Berlin).

Parametry urządzenia:

  • długość fali 632,8 nm,
  • kąty oświetlenia próbki: 40°, 45°, 50°, 55°, 60°, 65°, 70°,
  • zakres pomiaru grubości 1-2000 nm,
  • dokładności pomiaru: kątów elipsometrycznych Δ±0.06°, Ψ±0,03°, pomiaru grubości 0,1 nm, pomiaru współczynnika załamania 0,0005.