Управляемый светом генератор электрических колебаний на однородных кристаллах сульфида кадмия Российский патент 2018 года по МПК H01L31/09 

Изобретение относится к оптоэлектронным устройствам и может быть использовано в качестве генератора колебаний синусоидальной, пилообразной и сложной (сумма нескольких синусоид) форм на основе однородного кристалла CdS, управляемого светом. Устройство также может быть использовано как элемент сложных оптоэлектронных приборов.

Хорошо известны полупроводниковые генераторы колебаний электрического тока высоких и сверхвысоких частот (0,1 до 100 ГГц) на диодах Ганна (однородных кристаллах арсенида галлия (GaAs) и фосфида индия (InP) с двумя контактами) [Левинштейн М.Е., Пожела Ю.К., Шур М.С. Эффект Ганна. М.: Сов. Радио, 1975, с. 7].

К недостаткам данных генераторов можно отнести невозможность получения колебаний низких и инфранизких частот, а также невозможность управления частотой осцилляций.

Технический результат проявляется при освещении устройства (кристалла CdS), результатом которого будут осцилляции фототока в кристалле CdS в области низких и инфранизких частот (от 0,2 до 5 Гц), с возможностью управления формы и частоты колебаний падающим на кристалл светом. Форма и частота осцилляций зависит от напряженности тянущего поля, прикладываемого к кристаллу CdS, и длины волны падающего на него света.

Задачей изобретения является создание генератора колебаний на однородных кристаллах (CdS), использующего принципиально новый (физический) принцип работы, и заключается в создании фотосопротивления на основе однородного кристалла CdS, чье сопротивление изменяется во времени синусоидально либо пилообразно или в виде «биений», описываемых как наложение двух синусоид с разной частотой. Данное фотосопротивление может служить в качестве генератора колебаний, задаваемым рабочим напряжением на фоторезисторе, а также длиной волны освещаемого света. При этом спектральный диапазон фоточувствительности полупроводника составляет узкий интервал длин волн 510-520 нм, а токи, текущие через полупроводник, варьируются в диапазоне 10^-9-10^-4 А, рабочие напряженности на кристалле CdS от 200 В/см до 1000 В/см.

Данный технический результат достигается созданием фотосопротивления на основе однородного кристалла CdS, чье сопротивление изменяется во времени синусоидально либо пилообразно или в виде «биений», описываемых как наложение двух синусоид разной частоты и амплитуды, состоящий из полого корпуса, монокристалла CdS, наклеенного на изолирующей подложке, которая, в свою очередь, приклеивается в центре дна корпуса, из прозрачного для видимого света окошка, из электрических выводов, расположенных рядом с торцевыми гранями полупроводника. При этом в данном устройстве используют монокристалл CdS, форма и частота осцилляций, возникающих в нем, зависит от прикладываемого к нему напряжения (напряженности тянущего поля) и длины волны падающего на него света.

Осцилляции, возникающие в однородном кристалле CdS, объясняются следующим. Фототермические переходы электронов из валентной зоны в зону проводимости через «мелкие» уровни двукратно ионизованных собственно-дефектных донорных центров создают фон, на котором наблюдаются осцилляции фототока.

Оптические переходы электронов из валентной зоны на «глубокие» уровни двукратно ионизованных собственно-дефектных донорных центров сопровождаются уменьшением проводимости освещаемого участка образца за счет эффекта отрицательной фотопроводимости: электроны, переведенные светом на "глубокие" уровни, остаются на этих уровнях, тогда как возникающие в валентной зоне дырки рекомбинируют с темновыми электронами зоны проводимости через уровни s-центров быстрой рекомбинации.

При освещении узкого участка в центре кристалла возникает неустойчивость фототока, обусловленная образованием на освещаемом участке кристалла CdS области сильного поля за счет эффекта отрицательной фотопроводимости. С ростом продолжительности освещения участка его проводимость уменьшается, соответственно возрастает приложенное к участку поле. В результате возрастает вероятность термической ионизации заполненных светом "глубоких" уровней двукратно ионизованных собственно-дефектных донорных центров за счет эффекта Пула-Френкеля, что приводит к росту фототока. По мере увеличения проводимости освещаемого участка кристалла приложенное к нему поле уменьшается по величине, соответственно уменьшается вероятность термической ионизации "глубоких" уровней, что приводит к падению фототока. Дальнейшее освещение вновь приводит к заполнению этих уровней и росту приложенного к освещаемому участку поля и процесс повторяется.

На фиг. 1 представлен чертеж (схема) фотосопротивления, вид сбоку.

На фиг. 2 представлен чертеж фотосопротивления в разрезе А-А, вид сверху.

Корпус фотосопротивления представляет собой металлический диск (1), диаметром около 10 мм и высотой 4 мм с полостью внутри, в которую и устанавливается рабочее тело (полупроводник, кристалл CdS) (2), имеющий форму параллелепипеда. Кристалл (2), для исключения контакта с корпусом (1) напротив окошка (4), крепится с помощью клея на изолирующую прокладку квадратной формы (3), имеющей толщину около 1 мм, которая приклеивается на дно полости металлического диска (1). Открытое отверстие диска герметично, с помощью клея, закрывается прямоугольным стеклянным окошком (4). К кристаллу с торцевых сторон создаются омические контакты (5) с помощью In-Ga пасты. В корпусе создаются два электрических вывода (6), изолированные от общего корпуса изолятором и подсоединяемые к In-Ga пасте на полупроводнике с помощью гибких, тонких проводников. Выводы (6) расположены рядом с торцевыми сторонами полупроводника, на которые нанесена In-Ga паста.

Устройство работает следующим образом.

Световое излучение, пройдя сквозь окошко 4, возбуждает полупроводник 2. За счет внутреннего фотоэффекта в полупроводнике 2 создаются дополнительные носители электрического заряда, вызывающие падение его сопротивления, и, соответственно, приводящее токовым неустойчивостям, текущего через кристалл 2 фототока.

Изобретение относится к оптоэлектронным устройствам и может быть использовано в качестве генератора колебаний синусоидальной, пилообразной и сложной (сумма нескольких синусоид) форм на основе однородного кристалла CdS, управляемого светом. Управляемый светом генератор электрических колебаний на однородном кристалле CdS состоит из металлического корпуса, монокристалла CdS, наклеенного на изолирующей подложке, которая, в свою очередь, приклеивается в центре дна корпуса, из прозрачного для видимого света окошка, из электрических выводов, расположенных рядом с торцевыми гранями полупроводника. При этом в данном устройстве используют монокристалл CdS, фотоэлектрические свойства которого проявляются токовой неустойчивостью, при освещении светом в области примесных переходов при тянущем поле от 200 В/см до 1000 В/см. Использование таких образцов монокристалла CdS позволит реализовать в фотосопротивлениях эффект генерации колебаний инфранизких частот. Изобретение обеспечивает возможность создания генератора колебаний на однородных кристаллах (CdS) использующего принцип работы, заключающийся в создании фотосопротивления на основе однородного кристалла CdS, чье сопротивление изменяется во времени синусоидально либо пилообразно или в виде «биений», описываемых как наложение двух синусоид с разной частотой. При этом спектральный диапазон фоточувствительности полупроводника составляет узкий интервал длин волн 510-520 нм, а токи, текущие через полупроводник, варьируются в диапазоне 10^-9-10^-4 А. 2 ил.

Управляемый светом генератор электрических колебаний на однородных кристаллах сульфида кадмия, состоящий из монокристалла полупроводника, наклеенного на изолирующей подложке, которая, в свою очередь, приклеивается в металлическом корпусе, с прямоугольным и прозрачным для видимого света окошком и электрических выводов, расположенных рядом с торцевыми гранями полупроводника, отличающийся тем, что в данном устройстве используют монокристалл CdS, фотоэлектрические свойства которого проявляются токовой неустойчивостью, при освещении светом в области примесных переходов при тянущем поле от 200 В/см до 1000 В/см, а также наличием прозрачного окошка, расположенного над центральной частью монокристалла CdS для его освещения.