[go: up one dir, main page]

DE4010570C5 - Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method - Google Patents

Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method Download PDF

Info

Publication number
DE4010570C5
DE4010570C5 DE4010570A DE4010570A DE4010570C5 DE 4010570 C5 DE4010570 C5 DE 4010570C5 DE 4010570 A DE4010570 A DE 4010570A DE 4010570 A DE4010570 A DE 4010570A DE 4010570 C5 DE4010570 C5 DE 4010570C5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
radiation
silicon carbide
epitaxial layer
depth
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE4010570A
Other languages
German (de)
Other versions
DE4010570C2 (en
DE4010570A1 (en
Inventor
Peter Dipl.-Phys. Glasow
Günther Dipl.-Phys. Dr. Ziegler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=6403586&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE4010570(C5) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DE4010570A priority Critical patent/DE4010570C5/en
Publication of DE4010570A1 publication Critical patent/DE4010570A1/en
Publication of DE4010570C2 publication Critical patent/DE4010570C2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE4010570C5 publication Critical patent/DE4010570C5/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/12—Active materials
    • H10F77/122—Active materials comprising only Group IV materials
    • H10F77/1226—Active materials comprising only Group IV materials comprising multiple Group IV elements, e.g. SiC
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/221—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a PN homojunction
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30—Coatings
    • H10F77/306—Coatings for devices having potential barriers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2229/00—Flame sensors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Verfahren zur Überwachung einer Feuerungsanlage, insbesondere eines Ölbrenners, bei dem zum Erfassen des Strahlungsspektrums einer Flamme der Feuerungsanlage in einem Bereich der Wellenlänge von 220 bis 350 nm ein Strahlungsdetektor aus Siliziumkarbid verwendet wird mit einem Substrat (2) aus Siliziumkarbid und einer auf dem Substrat (2) angeordneten Epitaxieschicht (4), die mit einer n-leitenden Dotierungsschicht (6) versehen ist, an deren Oberfläche eine edelgasimplantierte Rekombinationszone (10) gebildet ist.method for monitoring a furnace, in particular an oil burner, in which for detecting the radiation spectrum of a flame of the furnace in one Range of wavelength From 220 to 350 nm, a radiation detector made of silicon carbide used is provided with a substrate (2) made of silicon carbide and one on the Substrate (2) arranged epitaxial layer (4), which with an n-type Doping layer (6) is provided, on whose surface a noble gas implanted recombination zone (10) is formed.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwachung von Feuerungsanlagen, insbesondere von Ölbrennern, und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Strahlungsdetektor für ultraviolette Strahlung.The The invention relates to a method for monitoring furnaces, in particular of oil burners, and an arrangement for implementation the method with a radiation detector for ultraviolet radiation.

Ein sicherer Betrieb von Feuerungsanlagen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, insbesondere Ölfeuerungsanlagen, ist bekanntlich wesentlich abhängig von der Stabilität des Verbrennungsprozesses. Wird ein ungewolltes Erlöschen der Flamme nicht angezeigt, so können größere Mengen von unverbranntem Brennstoff der Brennkammer zugeführt werden und die Rückzündung kann eine Explosion auslösen. Es sind deshalb entsprechende Überwachungseinrichtungen vorgesehen, die akustische Geräte, Fernseher oder auch Strahlungsdetektoren enthalten können. Die Lichtstrahlung der Brennerflamme wird jedoch im allgemeinen von einer aus der Atmosphäre kommenden Strahlung sowie von der Wärmestrahlung der heißen Kammerwände überlagert. Ferner besteht vor allem im Ultraviolett-Bereich die Gefahr, daß das Licht benachbarter Flammen durch gasförmige Brennstoffanteile, beispielsweise Ölnebel, gestreut und dadurch das Signal verfälscht wird. Man kann zwar den Einfluß der Streustrahlung dadurch begrenzen, daß der Detektor möglichst nahe an der Flamme angeordnet wird; hierzu sind jedoch nur Sensoren für verhältnismäßig hohe Temperaturen geeignet.One safe operation of combustion plants using fossil fuels operated, in particular oil-fired installations, is known to be significantly dependent from the stability the combustion process. Will an unwanted extinction of the flame not displayed, so can larger quantities of unburned fuel can be supplied to the combustion chamber and the flashback can cause an explosion. There are therefore appropriate monitoring devices provided the acoustic devices, TV or radiation detectors may contain. The However, light radiation of the burner flame is generally of one from the atmosphere coming radiation and superimposed by the heat radiation of the hot chamber walls. Furthermore, especially in the ultraviolet range there is a risk that the light adjacent flames by gaseous Fuel shares, such as oil mist, scattered and thereby the signal is corrupted becomes. Although one can the influence of scattered radiation by limiting that Detector as possible is placed close to the flame; however, these are only sensors for relatively high Temperatures suitable.

In einer bekannten Ausführungsform eines Flammensensors ist als Strahlungsdetektor eine gasgefüllte Röhre vorgesehen, die im UV-Bereich empfindlich ist Das Empfindlichkeitsmaximum der Röhre liegt bei etwa 180 bis 200 nm, d. h. gerade in dem Spektralbereich, in dem das Signal durch Streustrahlung an Ölnebeln besonders beeinflußt werden kann. Ferner sind bei gasgefüllten Röhren Alterungserscheinungen nicht ausgeschlossen. Eine andere optische Methode ist der Flackersensor. Der Flackersensor arbeitet nicht mit gasgefüllten Röhren, sondern mit Siliziumphotodioden. Hierzu sind zwei gekreuzte Strahlen vorgesehen, denen jeweils eine Silizium-Photozelle als Detektor zugeordnet ist. Den Detektoren wird die gesamte sichtbare Strahlung zugeführt Der Kreuzungspunkt der Strahlen bestimmt den Empfindlichkeitsbereich. Diese Anordnung erfordert jedoch einen verhältnismäßig großen Aufwand (J. Phys. E.: Sci. Instr. 21 (1988), Seiten 921 bis 928).In a known embodiment a flame sensor is provided as a radiation detector, a gas-filled tube, which is sensitive in the UV range The sensitivity maximum of Tube lies at about 180 to 200 nm, d. H. straight in the spectral range, in the signal is particularly affected by scattered radiation on oil mists can. Further, when gas-filled roar Aging phenomena are not excluded. Another optical Method is the flicker sensor. The flicker sensor is not working with gas-filled tubes, but with silicon photodiodes. These are two crossed rays each provided with a silicon photocell as a detector assigned. The detectors receive all the visible radiation supplied The crossing point of the rays determines the sensitivity range. However, this arrangement requires a relatively large effort (J. Phys. E .: Sci. Instr. 21 (1988), pages 921 to 928).

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von Feuerungsanlagen anzugeben, das eine Früherkennung einer im Verlöschen befindlichen Flamme ermöglicht und bei dem sowohl ein störender Einfluß von Streulicht als auch der Einfluß von Tageslicht auf die Überwachung ausgeschlossen ist. Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens soll eine hohe Wärmebeständigkeit haben und somit dicht an die spezielle Flamme einer Flammenreihe herangebracht werden können. Ferner soll die Anordnung über längere Zeit möglichst wartungsfrei betrieben werden können und eine Beeinflussung durch benachbarte Flammen ausgeschlossen sein. Außerdem soll die Anordnung durch eine kurze Ansprechzeit als Flackersensor dienen und damit durch Vergleich von Flackersignal und Durchschnittsintensität eine Früherkennung einer im Verlöschen befindlichen Flamme möglich sein.Of the The invention is based on the object, a method for monitoring of combustion plants requiring early detection of extinction Flame allows and in which both a disturbing Influence of Stray light as well as the influence of Daylight on the surveillance is excluded. An arrangement for carrying out the method is intended to be high heat resistance and thus close to the special flame of a row of flames can be brought. Furthermore, the arrangement is about longer Time possible can be operated maintenance-free and interference by adjacent flames excluded be. Furthermore the arrangement should be characterized by a short response time as a flicker sensor serve and thus by comparison of flicker signal and average intensity early detection one in extinction located flame possible be.

Die Erfindung besteht nun in den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Damit ist sowohl ein störender Einfluß des kurzwelligen Streulichts als auch ein Einfluß der langwelligen Strahlung der Kammerwände ausgeschlossen.The Invention is now in the characterizing features of the claim 1. This is both a disturbing Influence of short-wave scattered light as well as an influence of the long-wave radiation of chamber walls locked out.

Ein Strahlungsdetektor für UV-Strahlung mit einem Halbleiterkörper aus Siliziumkarbid ist bekanntlich empfindlich in einem Bereich der Wellenlänge von etwa 200 bis 450 nm und kann bei Temperaturen bis wenigstens 700°C betrieben werden. Dieser Strahlungsdetektor enthält ein Substrat aus Siliziumkarbid, das durch Epitaxie mit einer p-leitenden Schicht der 6H-Modifikation versehen ist Diese Epitaxieschicht enthält einen pn-Übergang, der durch Implantation von n-leitendem Dotierungsstoff hergestellt ist (SPIE, Bd. 868 (1987), Seiten 40 bis 45.One Radiation detector for UV radiation with a semiconductor body made of silicon carbide is known to be sensitive in a range of wavelength about 200 to 450 nm and can be operated at temperatures up to at least 700 ° C. become. This radiation detector contains a silicon carbide substrate, by epitaxy with a p-type layer of 6H modification This epitaxial layer contains a pn junction, produced by implantation of n-type dopant (SPIE, Vol. 868 (1987), pages 40-45.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß durch besondere Maßnahmen der Empfindlichkeitsbereich dieser bekannten Strahlungsdetektoren dem Spektralbereich eines Flammensensors angepaßt werden kann.The Invention is based on the recognition that by special measures the sensitivity range of these known radiation detectors the Spectral range of a flame sensor can be adjusted.

Durch eine Rekombinationszone zwischen der Oberfläche der Epitaxieschicht und dem pn-Übergang wird die untere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs E angehoben, weil in dieser Schicht die kurzwellige Strahlung von weniger als 220 nm, insbesondere weniger als 250 nm, absorbiert wird und die entstehenden Ladungsträger sofort rekombinieren. Das Detektorsignal kann somit durch Streulicht, das im wesentlichen in einem Bereich der Wellenlänge von etwa 180 bis 220 nm auftritt, nicht mehr beeinflußt werden. Diesen unteren Grenzwert erhält man mit einer Dicke der Rekombinationszone von wenigstens 0,08 μm, insbesondere etwa 0,15 μm. Mit einer sehr geringen Abklingzeit des Ausgangssignals dieses Sensors erhält man zugleich einen Flackersensor.By a recombination zone between the surface of the epitaxial layer and the pn junction the lower limit of the sensitivity range E is raised, because in this layer the short-wave radiation is less than 220 nm, in particular less than 250 nm, is absorbed and the resulting charge carriers recombine immediately. The detector signal can thus be detected by stray light, essentially in a wavelength range of about 180 to 220 nm occurs, no longer affected become. This lower limit is obtained with a thickness of Recombination zone of at least 0.08 microns, especially about 0.15 microns. With a Very low cooldown of the output signal of this sensor is obtained at the same time a flicker sensor.

In einer besonderen Ausführungsform der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens wird die Epitaxieschicht mit einer vergrabenen Damageschicht versehen, deren Tiefe höchstens etwa 8 μm, insbesondere höchstens etwa 3,5 μm, beträgt. Diese Epitaxieschicht kann vorzugsweise durch Implantation eines Edelgases, insbesondere Helium, hergestellt werden Diese Damageschicht verhindert, daß langwelliges Licht mit einer Wellenlänge größer als 350 nm, insbesondere größer als 325 nm, einen Beitrag zum Detektorsignal liefert. Wird in dieser Ausführungsform die Dicke der Rekombinationszone etwa 0,15 um und der Abstand der Damage-Schicht von der Oberfläche etwa 3,5 μm gewählt, so erhält man einen bevorzugten Empfindlichkeitsbereich E des Flammensensors zwischen 250 und 325 nm. Es wird somit auch der. Einfluß des Lichts im oberen UV-Bereich zwischen 325 und etwa 380 nm ausgeschlossen.In a particular embodiment of the arrangement for carrying out the method, the epitaxial layer is provided with a buried dama layer whose depth is at most about 8 μm, in particular at most about 3.5 μm. This epitaxial layer can preferably be produced by implantation of a noble gas, in particular helium This damaging layer prevents longwave light having a wavelength greater than 350 nm, in particular greater than 325 nm, from contributing to the detector signal. If, in this embodiment, the thickness of the recombination zone is about 0.15 μm and the distance of the damage layer from the surface is about 3.5 μm, a preferred sensitivity range E of the flame sensor between 250 and 325 nm is obtained , Influence of light in the upper UV range between 325 and about 380 nm excluded.

Zusätzlich können durch eine Vergütung der Oberfläche durch eine Antireflexionsschicht mit einem engen Bereich der Durchlaßwellenlänge die störenden Einflüsse noch weiter begrenzt werden.In addition, through a remuneration the surface through an antireflection layer having a narrow range of transmission wavelength disturbing influences be further limited.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren 1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung zr Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung als Querschnitt schematisch veranschaulicht ist In 2 ist die Absorptionskennlinie eines Flammensensors in einem Diagramm veranschaulicht.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in whose 1 an embodiment of an arrangement zr implementation of the method according to the invention as a cross section is schematically illustrated In 2 the absorption characteristic of a flame sensor is illustrated in a diagram.

In der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens enthält ein Flammensensor ein Substrat 2 aus Siliziumkarbid, das mit einer p-leitenden Epitaxieschicht 4 der 6H-Modifikation des Siliziumkarbids mir einer Dicke von beispielsweise etwa 5 μm versehen ist Unterhalb der Oberfläche enthält die Epitaxieschicht 4 eine n-leitende Dotierungsschicht 6, so daß ein pn-Übergang 8 gebildet wird. Die Dotierungsschicht 6 mit einer Dicke von beispielsweise etwa 0,2 bis 1,5 μm, vorzugsweise etwa 0,3 bis 1 μm, insbesondere etwa 0,5 μm, ist hergestellt durch Implantation von n-leitendem Dotierungsstoff, beispielsweise Arsen oder Antimon, insbesondere Stickstoff. In dieser Dotierungsschicht 6 ist an der Ober fläche eine strichpunktiert angedeutete Rekombinationszone 10 gebildet, deren Dicke die untere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs des Flammensensors bestimmt. Diese Rekombinationszone 14 erhält man durch Implantation eines Edelgases, beispielsweise Xenon oder Krypton, insbesondere Argon.In the arrangement for carrying out the method, a flame sensor includes a substrate 2 made of silicon carbide with a p-type epitaxial layer 4 The 6H modification of the silicon carbide is provided with a thickness of, for example, about 5 μm. Below the surface contains the epitaxial layer 4 an n-type doping layer 6 so that a pn junction 8th is formed. The doping layer 6 with a thickness of, for example, about 0.2 to 1.5 μm, preferably about 0.3 to 1 μm, in particular about 0.5 μm, is produced by implantation of n-type dopant, for example arsenic or antimony, in particular nitrogen. In this doping layer 6 is on the upper surface a dot-dash line indicated recombination zone 10 whose thickness determines the lower limit of the sensitivity range of the flame sensor. This recombination zone 14 obtained by implantation of a noble gas, for example xenon or krypton, in particular argon.

Beispielsweise erhält man mit einer Dosis von vorzugsweise etwa 4 × 1014 cm–2 bei einer Spannung von etwa 140 kV eine Rekombinationsione 10 mit einer Dicke von etwa 0,1 μm und eine maximale Dotierungskonzentration von etwa 5 × 1019 cm–3. Mit einer Tiefe der Rekombinationszone 10 von etwa 0,08 μm erhält man die untere Grenze des spektralen Empfindlichkeitsbereichs des Flammensensors von etwa 220 nm. Vorzugsweise kann die Dicke der Rekombinationszone 10 etwa 0,15 μm gewählt werden; damit erhält man eine untere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs von etwa 230 nm.For example, a recombination ion is obtained at a dose of preferably about 4 × 10 14 cm -2 at a voltage of about 140 kV 10 with a thickness of about 0.1 μm and a maximum doping concentration of about 5 × 10 19 cm -3 . With a depth of the recombination zone 10 of about 0.08 microns gives the lower limit of the spectral sensitivity range of the flame sensor of about 220 nm. Preferably, the thickness of the recombination zone 10 about 0.15 microns are selected; This gives a lower limit of the sensitivity range of about 230 nm.

In einer besonderem Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung kann die Epitaxieschicht 4 noch mit einer vergrabenen Damageschicht 12 versehen werden, deren Begrenzung in der Figur gestrichelt angedeutet ist Diese Damageschicht wird dadurch hergestellt, daß in die Oberfläche der Epitaxieschicht 4 Helium mit einer Dosis von beispielsweise etwa 1,2 × 1015 cm–2 bei einer Spannung von 1,3 MeV implantiert wird. Damit erhält man ein Konzentrationsmaximum der Heliumatome von etwa 1 × 1019 cm–3. Nur die in dem Bereich der Epitaxieschicht 4 zwischen der Rekombinationszone 10 und der gestrichelt dargestellten Grenze der Damageschicht entstehenden Ladungsträger wer den am pn-Übergang eingesammelt. Das langweilige Licht, das über die gestrichelte Grenze der Damageschicht 12 hinaus bis in den unteren Bereich 13 der Epitaxieschicht 4 vordringt, kann zwar Ladungsträger freisetzen, die jedoch in diesem Bereich wieder rekombinieren. Die Tiefe der Damageschicht 12 bestimmt deshalb die obere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs des Flammensensors.In a particular embodiment of the arrangement according to the invention, the epitaxial layer 4 still with a buried Dama layer 12 be provided, the limitation of which is indicated by dashed lines in the figure This damage layer is produced by the fact that in the surface of the epitaxial layer 4 Helium is implanted at a dose of, for example, about 1.2 × 10 15 cm -2 at a voltage of 1.3 MeV. This gives a concentration maximum of helium atoms of about 1 × 10 19 cm -3 . Only those in the area of the epitaxial layer 4 between the recombination zone 10 and the dashed border of the damage layer resulting charge carriers who collected the pn junction. The boring light over the dashed border of the damask layer 12 out to the bottom 13 the epitaxial layer 4 penetrates, but may release charge carriers, but recombine in this area again. The depth of the Dama layer 12 therefore determines the upper limit of the sensitivity range of the flame sensor.

In einem zentralen Bereich ist die Epitaxieschicht 4 mit einer Elektrode 14 versehen, die aus Metall, beispielsweise Gold, vorzugsweise Nickel, insbesondere Palladium, besteht Eine Nickelelektrode kann auf dem Halbleiterkörper bei einer Temperatur befestigt werden, die 200°C nicht wesentlich überschreitet. Für das Anbringen einer Palladiumelektrode benötigt man nur etwa 100°C. Die Erwärmung des Halbleiterkörpers bleibt somit gering. Im Randbereich ist der Flammensensor zur Passivierung mit einer Lsolierschicht 16 versehen, die beispielsweise aus Siliziumdioxid SiO2 oder aus Siliziumoxid SiO bestehen kann.In a central area is the epitaxial layer 4 with an electrode 14 provided, which consists of metal, for example gold, preferably nickel, in particular palladium A nickel electrode can be attached to the semiconductor body at a temperature which does not substantially exceed 200 ° C. For attaching a palladium electrode, only about 100 ° C is needed. The heating of the semiconductor body thus remains low. In the edge area, the flame sensor is passivated with an insulating layer 16 provided, which may for example consist of silicon dioxide SiO 2 or silicon dioxide SiO.

In einer besonderen Ausführungsform des Flammensensors ist die freie Oberfläche der Rekombinationszone 10 noch mit einer sehr dünnen Vergütung 18 versehen, die beispielsweise aus Siliziumdioxid bestehen kann. Diese Vergütung wirkt als Antireflexschicht und absorbiert kurzwellige und langwellige UV-Strahlung. Die Durchlaßwellenlänge dieser Vergütungsschicht liegt im bevorzugten Bereich der Empfindlichkeit des Flammensensors, nämlich zwischen 250 und 325 nm, vorzugsweise zwischen etwa 280 und 310 nm, insbesondere bei etwa 300 nm.In a particular embodiment of the flame sensor, the free surface of the recombination zone 10 still with a very thin coating 18 provided, which may for example consist of silicon dioxide. This coating acts as an antireflection coating and absorbs short-wave and long-wave UV radiation. The transmission wavelength of this coating layer is in the preferred range of the sensitivity of the flame sensor, namely between 250 and 325 nm, preferably between about 280 and 310 nm, in particular about 300 nm.

Im Diagramm gemäß 2 ist die Eindringtiefe D der Strahlung in die Epitaxieschicht 4 des Flammensensors in μm über der Wellenlänge λ in nm aufgetragen. Die Quanten dringen bis zu einer ihrer Wellenlänge entsprechenden Tiefe D in die Epitaxieschicht 4 ein. Gemäß der an sich bekannten Absorptionskennlinie A dringen die Quanten der Strahlung mit einer Wellenlänge λ bis zu 220 nm in eine Tiefe D bis zu etwa 0,08 μm und die Quanten mit einer Wellenlänge λ bis zu 250 nm in eine Tiefe bis zu etwa 0,15 μm ein. Die Rekombinationszone 10 verhindert, daß die gebildeten Ladungsträger am pn-Übergang 8 eingesammelt werden. Diese Strahlung kann somit keinen Beitrag zum Ausgangssignal des Flammensensors liefern und wird durch die Rekombinationszone 10 unwirksam gemacht.In the diagram according to 2 is the penetration depth D of the radiation into the epitaxial layer 4 of the flame sensor in μm over the wavelength λ in nm. The quanta penetrate into the epitaxial layer up to a depth D corresponding to their wavelength 4 one. According to the absorption characteristic A which is known per se, the quanta of the radiation with a wavelength λ up to 220 nm penetrate into a depth D up to about 0.08 μm and the quanta with a wavelength λ up to 250 nm into a depth up to about 0, 15 μm. The recombination zone 10 ver prevents the formed charge carriers at the pn junction 8th be collected. This radiation can thus make no contribution to the output signal of the flame sensor and is through the recombination zone 10 made ineffective.

In der bevorzugten Ausführungsform des Flammensensors mit einer Tiefe D der Damageschicht 12 von höchstens etwa 8 μm bleibt auch der langwellige Anteil der Strahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 350 nm, der unterhalb der gestrichelten Grenze der Damageschicht 12 in die Epitaxieschicht 4 eintreten kann, für das Ausgangssignal des Flammensensors unwirksam. Die Tiefe D der Damageschicht wird insbesondere höchstens 3,5 μm gewählt. Damit bleibt das Licht mit einer Wellenlänge ≤ 325 nm unwirksam und man erhält einen Bereich der spektralen Empfindlichkeit E von 250 bis 325 nm.In the preferred embodiment, the flame sensor has a depth D of the damage layer 12 of at most about 8 μm also remains the long-wave portion of the radiation with a wavelength of more than 350 nm, which is below the dashed boundary of the dama layer 12 into the epitaxial layer 4 can occur, for the output of the flame sensor ineffective. In particular, the depth D of the damage layer is selected to be at most 3.5 μm. This leaves the light with a wavelength ≤ 325 nm ineffective and gives a range of the spectral sensitivity E of 250 to 325 nm.

In der Regel geht dem Erlöschen der Flamme ein relativ zum Gesamtsignal großes Flackersignal voran. Die Anordnung gemäß der Erfindung als Flammensensor erlaubt zugleich eine Erfassung des Flackerns, da die Flackerfrequenz in der Größenordnung von 100 Hz, die Abklingzeit des Sensors aber in der Größenordnung von 10–7 s liegt.As a rule, the extinction of the flame is preceded by a large flicker signal relative to the overall signal. The arrangement according to the invention as a flame sensor at the same time allows a detection of the flicker, since the flicker frequency in the order of 100 Hz, the decay time of the sensor but in the order of 10 -7 s.

Die Flackerintensität läßt sich von der Konstantintensität elektronisch leicht trennen, beispielsweise durch Gleichrichtung. Ferner läßt sich elektronisch leicht der Quotient zwischen beiden Intensitäten bilden, entweder durch Umwandlung in Digitalsignale und digitale Quotientenbildung oder beispielsweise analog mittels eines Hallgenerators mit konstant gehaltenem Ausgangssignal.The Flackerintensität let yourself from the constant intensity Easily separated electronically, for example by rectification. Furthermore, can be electronically easily form the quotient between both intensities, either by conversion to digital signals and digital quotient formation or, for example, by means of a Hall generator with constant held output signal.

Bei hohen und zeitlich ansteigendem Flackeranteil kann ein dahintergeschalteter Schaltkreis mit hoher Zuverlässigkeit eine Gefahrensituation anzeigen und von ungefärlichen Situationen trennen.at high and temporally increasing Flackeranteil can be a behind Circuit with high reliability indicate a dangerous situation and separate it from unfavorable situations.

Claims (8)

Verfahren zur Überwachung einer Feuerungsanlage, insbesondere eines Ölbrenners, bei dem zum Erfassen des Strahlungsspektrums einer Flamme der Feuerungsanlage in einem Bereich der Wellenlänge von 220 bis 350 nm ein Strahlungsdetektor aus Siliziumkarbid verwendet wird mit einem Substrat (2) aus Siliziumkarbid und einer auf dem Substrat (2) angeordneten Epitaxieschicht (4), die mit einer n-leitenden Dotierungsschicht (6) versehen ist, an deren Oberfläche eine edelgasimplantierte Rekombinationszone (10) gebildet ist.Method for monitoring a furnace, in particular an oil burner, in which a radiation detector made of silicon carbide is used with a substrate for detecting the radiation spectrum of a flame of the furnace in a range of the wavelength of 220 to 350 nm ( 2 ) of silicon carbide and one on the substrate ( 2 ) arranged epitaxial layer ( 4 ) provided with an n-type doping layer ( 6 ), on whose surface a noble gas-implanted recombination zone ( 10 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Strahlungsspektrum im Wellenlängenbereich von 250 bis 325 nm erfaßt wird.The method of claim 1, wherein the radiation spectrum in the wavelength range from 250 to 325 nm becomes. Anordnung zum Erfassen von Strahlung einer Flamme in einem Wellenlängenbereich von 220 nm bis 350 nm mit einem Strahlungsdetektor aus Siliziumkarbid, der ein Substrat (2) aus Siliziumkarbid und eine auf dem Substrat (2) abgeschiedene p-leitende Epitaxieschicht (4) aus Siliziumkarbid der 6H-Modifikation umfasst, wobei die Epitaxieschicht (4) mit einer n-leitenden Dotierungsschicht (6) versehen ist, an deren Oberfläche eine edelgasimplantierte Rekombinationszone (10) gebildet ist.Arrangement for detecting radiation of a flame in a wavelength range from 220 nm to 350 nm with a silicon carbide radiation detector comprising a substrate ( 2 ) of silicon carbide and one on the substrate ( 2 ) deposited p-type epitaxial layer ( 4 silicon carbide of the 6H modification, wherein the epitaxial layer ( 4 ) with an n-type doping layer ( 6 ), on whose surface a noble gas-implanted recombination zone ( 10 ) is formed. Anordnung nach Anspruch 3, bei der die Tiefe D der Rekombinationszone (10) wenigstens 0,08 μm beträgt.Arrangement according to Claim 3, in which the depth D of the recombination zone ( 10 ) is at least 0.08 μm. Anordnung nach Anspruch 4, bei der die Tiefe D der Rekombinationszone (10) etwa 0,15 μm beträgt.Arrangement according to Claim 4, in which the depth D of the recombination zone ( 10 ) is about 0.15 μm. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der die Epitaxieschicht (4) mit einer vergrabenen Damageschicht (12) mit einer Tiefe von höchstens etwa 8 μm versehen ist.Arrangement according to one of Claims 3 to 5, in which the epitaxial layer ( 4 ) with a buried damask layer ( 12 ) is provided with a depth of at most about 8 microns. Anordnung nach Anspruch 6, bei der die Tiefe der Damageschicht (12) höchstens etwa 3,50 μm beträgt.Arrangement according to claim 6, wherein the depth of the damage layer ( 12 ) is at most about 3.50 microns. Anordnung nach einem der Anspruche 3 bis 7, bei der der Strahlungsdetektor mit einer Vergütung (18) versehen ist, deren Durchlaßwellenlänge etwa 280 bis 310 nm beträgt.Arrangement according to one of claims 3 to 7, in which the radiation detector is provided with a coating ( 18 ) whose transmission wavelength is about 280 to 310 nm.
DE4010570A 1990-04-02 1990-04-02 Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method Expired - Fee Related DE4010570C5 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4010570A DE4010570C5 (en) 1990-04-02 1990-04-02 Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4010570A DE4010570C5 (en) 1990-04-02 1990-04-02 Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE4010570A1 DE4010570A1 (en) 1991-10-10
DE4010570C2 DE4010570C2 (en) 1998-02-19
DE4010570C5 true DE4010570C5 (en) 2005-06-02

Family

ID=6403586

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4010570A Expired - Fee Related DE4010570C5 (en) 1990-04-02 1990-04-02 Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4010570C5 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4430196C1 (en) * 1994-08-25 1996-01-18 Eberspaecher J Vehicle heater with flame detector
US6045353A (en) 1996-05-29 2000-04-04 American Air Liquide, Inc. Method and apparatus for optical flame control of combustion burners
US5829962A (en) * 1996-05-29 1998-11-03 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et, L'exploitation Des Procedes Georges Method and apparatus for optical flame control of combustion burners
US6472669B1 (en) * 1999-02-02 2002-10-29 Abb Research Ltd. Silicon carbide photodiode based flame scanner

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3504181A (en) * 1966-10-06 1970-03-31 Westinghouse Electric Corp Silicon carbide solid state ultraviolet radiation detector
EP0177918A2 (en) * 1984-10-09 1986-04-16 Honeywell Inc. UV detector and method for fabricating it

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3504181A (en) * 1966-10-06 1970-03-31 Westinghouse Electric Corp Silicon carbide solid state ultraviolet radiation detector
EP0177918A2 (en) * 1984-10-09 1986-04-16 Honeywell Inc. UV detector and method for fabricating it

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
R.Müller,"Bauelemente der Halbleiter-Elektronik," 3.Auflage, 1987, Springer-Verlag, S.19 und 20 *
SPIE, Bd. 868 (1987), S. 40-45 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE4010570C2 (en) 1998-02-19
DE4010570A1 (en) 1991-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2517939C2 (en) Process for the production of a photodiode sensitive to infrared radiation
DE1298209B (en) Photoelectric semiconductor diode
EP1357393A1 (en) Device for the determination of the angle of incidence of radiation on a radiation incidence area
DE102005040010A1 (en) Method and device for determining production errors in a semiconductor component
DE2119945A1 (en) Photoelectric semiconductor device
EP0852062B1 (en) Doping process for producing homojunctions in semiconductor substrates
DE3225118A1 (en) RADIATION DETECTOR
EP0986110A1 (en) Light receiving semiconductor device and its use in flame control
DE2125916A1 (en) Circuit for generating a light-dependent voltage
DE3234096C2 (en)
DE69323884T2 (en) Solid state electroluminescent device and process for its manufacture
DE2529978A1 (en) SEMICONDUCTOR PHOTODETECTOR
DE4010570C5 (en) Method for monitoring furnaces and arrangement for carrying out the method
DE2161712A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR INVESTIGATING THE INTERFACE CONCENTRATION OF SEMICONDUCTORS
EP1203412B1 (en) Photodetector for ultraviolet light radiation
DE1933734A1 (en) Highly selective electromagnetic radiation measuring device
DE1292264B (en) Infrared imager
DE102014018722B3 (en) Method, SiC semiconductor detector and its use and detector arrangement having this for the detection of sunlight
Abdel-Rahman et al. Mapping sensitivity of CVD diamond detector using synchrotron micro-beam
DE2644638A1 (en) PROCESS FOR MANUFACTURING A SEMI-CONDUCTIVE PRESSURE SENSOR AND PRESSURE SENSORS MANUFACTURED BY THIS PROCESS
EP3582267B1 (en) Uv radiation sensor based on diamond
DE19729931A1 (en) UV-selective photodiode
DE2207311A1 (en) Potassium tantalate detector for ultraviolet radiation
EP1440475B1 (en) Transmission detector and a corresponding production method
DE1589626A1 (en) Semiconductor detector for infrared radiation

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: H01L 31/103

D2 Grant after examination
8363 Opposition against the patent
8366 Restricted maintained after opposition proceedings
8392 Publication of changed patent specification
8339 Ceased/non-payment of the annual fee