ДВУМЕРНЫЙ КООРДИНАТНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H01L31/09 

Изобретение относится к приемникам оптического излучения, а именно для применения в оптоэлектронных и робототехнических устройствах для регистрации параметров оптического излучения.

Известен координатно-чувствительный датчик для регистрации параметров оптического излучения, состоящий из фотодетектора, например ПЗС-матрицы, перед которым установлен оптический элемент, коэффициент пропускания которого изменяется в зависимости от местонахождения на световом диаметре элемента [1].

Недостатком этого датчика является сложность оптической системы, низкая чувствительность и обязательное применение электропитания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому приемнику является координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения, состоящий из стеклянной подложки, фоточувствительной АФН-пленки (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлических контактов. При этом координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения получен из полупроводниковых соединений в виде ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек, начиная с ≈1 мкм [2].

Недостатком известного приемника является то, что он чувствителен только по одной координате, например по координате X. Указанное обстоятельство, в частности, не позволяет использовать этот приемник в качестве двумерного координатно-чувствительного приемника оптического излучения, т.е. не дает возможности использовать его по координатам Х и Y.

Заявляемое изобретение направлено на создание двумерного координатно-чувствительного автономного приемника оптического излучения повышенной чувствительности.

Указанный результат достигается тем, что двумерный координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения получен из полупроводниковых соединений в виде двумерной - по координатам Х и Y ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек по оси Х с продолжением увеличения на каждой следующей ступеньке по оси Y или наоборот.

Для получения пленок различной толщины используется вакуумная установка ВУП-2к. В рабочей камере вакуум достигает порядка 10^-4-10^-5 мм рт.ст., температура подложки 310-480°С, подложку располагают под углом 45° к направлению молекулярного пучка.

В качестве подложек используется стекло толщиной 2 мм. Подготовленные подложки помещаются в специальный держатель и на поверхность подложки устанавливается двухстворчатая маска из изоляционного материала (гетинакс). В рабочую камеру устанавливаются идентичные микроэлектродвигатели 2 об/мин, для открытия или закрытия поверхности подложки, путем взаимно перпендикулярного перемещения соответствующих шторок. Открытие поверхности подложки осуществляется электродвигателями при помощи легких термостойких тросиков, связанных со шторками. Вращением двигателей постепенно открывается поверхность подложки. Пленки, полученные на подложке с размером 20×20 мм², двумерно ступенчатообразны по осям Х и Y. Толщина каждой ступени определяется при помощи интерференционного микроскопа МИ-4.

На фиг.1 и 2 приведены изображения АФН-пленки: 1 - двумерный ступенчатообразный фоточувствительный слой из кристаллического теллурида кадмия; 2 - стеклянная подложка, 3 - металлические контакты, Ф₀ - поток падающего направленного монохроматического излучения.

Падающий поток света Ф₀ генерирует фотонапряжение АФН. Меняя координаты монохроматического излучения по ступенькам от 1,0 до 2,6 мкм, пропорционально уменьшается генерируемое фотонапряжение V_афн.

В исследованных термически обработанных пленках фотонапряжение сначала возрастало (до 1 мкм толщиной), а потом с увеличением толщины уменьшалось. Монохроматическое освещение при всех измерениях поддерживалось постоянным I=10⁴ лк.

Пример 1. Фоточувствительный слой наносится термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 420°С в вакууме 10^-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка при начально закрытых шторках маски. Сначала на один шаг открывается шторка по оси Y при последующем пошаговом открывании второй шторки по оси X. После полного открытия шторки по оси Х она возвращается в исходное положение, а шторка по оси Y открывается еще на шаг и так до полного открытия всей маски. Толщина каждой ступеньки при размере матрицы 3×3 составляет 0,8 мкм, 1,0 мкм, 1,2 мкм; 1,3 мкм, 1,5 мкм, 1,8 мкм; 2,0 мкм, 2,3 мкм, 2,6 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам - 45 В, 60 В, 51 В; 45 В, 34 В, 31 В; 17 В, 6 В, 2 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

Пример 2. Фоточувствительный слой наносится термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 420°С в вакууме 10^-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка при начально закрытых шторках маски. Сначала на один шаг открывается шторка по оси Y при последующем пошаговом открывании второй шторки по оси X. После полного открытия шторки по оси Х она возвращается в исходное положение, а шторка по оси Y открывается еще на шаг и так до полного открытия всей маски. Толщина каждой ступеньки при размере матрицы 3×3 составляет 0,9 мкм, 1,2 мкм, 1,4 мкм; 1,6 мкм, 1,8 мкм, 1,9 мкм; 2,1 мкм, 2,3 мкм, 2,5 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам - 55 В, 48 В, 40 В; 38 В, 31 В, 27 В; 18 В, 9 В, 3 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

Пример 3. Фоточувствительный слой наносится термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 420°С в вакууме 10^-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка при начально открытых шторках маски. Сначала на один шаг закрывается шторка по оси Y при последующем пошаговом закрывании второй шторки по оси X. После полного закрытия шторки по оси Х она возвращается в исходное положение, а шторка по оси Y закрывается еще на шаг и так до полного закрытия всей маски. Толщина каждой ступеньки при размере матрицы 3×3 составляет 1,0 мкм, 1,3 мкм, 1,4 мкм; 1,5 мкм, 1,7 мкм, 1,8 мкм; 2,0 мкм, 2,1 мкм, 2,3 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам - 68 В, 52 В, 44 В; 41 В, 34 В, 27 В; 23 В, 15 В, 8 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

Пример 4. Фоточувствительный слой наносится термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 420°С в вакууме 10^-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка при начально открытых шторках маски. Сначала на один шаг закрывается шторка по оси Y при последующем пошаговом закрывании второй шторки по оси X. После полного закрытия шторки по оси Х она возвращается в исходное положение, а шторка по оси Y закрывается еще на шаг и так до полного закрытия всей маски. Толщина каждой ступеньки при размере матрицы 3×3 составляет 1,0 мкм, 1,1 мкм, 1,3 мкм; 1,4 мкм, 1,6 мкм, 1,7 мкм; 1,9 мкм, 2,2 мкм, 2,5 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам - 78 В, 58 В, 45 В; 41 В, 32 В, 26 В; 14 В, 8 В, 5 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

На основе такого фотогенератора можно разработать двумерный координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения, выходной сигнал которого содержит информацию о направлении и величине смещения излучающего объекта по осям Х и Y. На основе АФН-пленки полученной по способу получения двумерного координатно-чувствительного фотогенератора, изготовлен двумерный координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения.

Двумерный координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения предназначен для определения координат источника светового излучения. Выходной сигнал содержит информацию о направлении и величине смещения излучающего объекта по координатам Х и Y.

Источники информации

1. Optischer positionsauflösender Sensor. Заявка № 19714820, Германия, МПК⁶ G01J 1/22, B64G 1/36, опубл. 15.10.1998.

2. Пат. 2246779 РФ. Координатно-чувствительный приемник оптического излучения / Н.Р.Рахимов, А.Н.Серьезнов // МПК H01L 31/09. БИ № 2, 2005.

Изобретение может быть использовано для регистрации параметров оптического излучения. Двумерный координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения включает стеклянную подложку, фоточувствительную АФН-пленку (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлические контакты. Этот приемник оптического излучения получен из полупроводниковых соединений в виде двумерной - по координатам Х и Y ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек по оси Х и с продолжением увеличения на каждой следующей ступеньке по оси Y или наоборот. Двумерный координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения согласно изобретению обладает повышенной чувствительностью. 2 ил.

Двумерный координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения, включающий стеклянную подложку, фоточувствительную АФН-пленку (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлические контакты, отличающийся тем, что двумерный координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения получен из полупроводниковых соединений в виде двумерной - по координатам Х и Y ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек по оси Х с продолжением увеличения на каждой следующей ступеньке по оси Y или наоборот.