Устройство для измерения интенсивности световых потоков Советский патент 1983 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к фотометрии и предназначено для измерения интенсивности стационарных световых потоков в различных областях оптоэлектроники.

Известно устройство, содержащее МДП-структуру и источник напряжения Источник напряжения подключается к структуре металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) , работающей ре:|сим инициируемого светом процесса лавинного размножения носителей заряда, . npoTetfarauero в приповерхностной области полупроводника 1J .

Обедняющее приповерхностную обЯасть полупроводника основными носителями заряда напряжение лсточника, диэлектрик и полупроводник «дбирают таким образом что напряженность электрического поля на границе раздела полупроводник-диэлектрик алие напряженности электрического поля в диэлектрике и равна или чуть выше напряженности поля пробоя полупроводника за счет лавинного процесса размножения носителей заряда. Падающий свет инициирует лавиный пробой в приповерхностной области полупроводника, что вызывает осцилляции в электрической цепи. Указанным образом осуществляется обнаружение импульсного света малой интенсивности. Однако, если структура освещается стационарным потоком света, упомянутые осцилляции в элекрической цепи становятся быстро затухающими вследствие затухания лаВинного процесса за счет экранирования сильного электрического поля в большей части области пространственного заряда образующимся инверсионным слоем неосновных носителей заряда-, что приводит к уменьшению вероятности ионизационных столкновений рождающихся светом носителей заряда Таким образом, устройство не позволяет измерить интенсивность стационарного светового потока.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения интенсивности световых потоков, содержащее МДП-структуру, работающую в режиме лавинного размножения, и подключенные к ней источник импульсного напряжения и измеритель амплитуды импульсного тока.

Для обеспечения самостабилизированного процесса лавинного размножения носителей заряда в области пространственного заряда полупроводника, при котором коэффициент внутреннего усиления не зависит от напряжения питания, на МДП-структуру подают импульс линейно-нарастающего напряжения с крутизной не менее 10 В/с длительностью, меньшей времени образования равновесного слоя неосновных носителей на границе раздела полупроводник-диэлектрик, и полярностью соответЬтвующей обеднению приповерхностной области полупроводника основными носителями. Подающий на структуру импульс света возбуждает в области лавинного размножения электронно-дырочные пары, которые, разделяясь и размножаясь в электрическом поле этой области, создают импульс фототока, амплитуда которого измеряется на сопротивлении нагрузки 2J.

Недостатком известного устройства является невозможность измерения интенсивности стационарных световых потоков . Самостабилизация лавинного процесса в МДП-структуре приводит к тому, что импульс фототока возникает либо в случае освещения ее коротким световым-импульсом, либо в. моменты включения и выключения длинного светового импульса. Освещение структуры стационарным световым потоком не вызывает изменения ток, протекающего во внешней цепи, который определяется, исключительно параметрами структуры li питающего напряжения

Цель изобретения - измерение интенсивности стационарных световых потоков.

Поставленная цель достигается тем., что в устройство для измерения интенсивности световых потоков, содержащее МДП-структуру, работающую в режиме лавинного размножения, и подключенные к ней источник импульсно о на.пряжения и измеритель амплитуды импульсного тока, введены линия задержки и источник импульсного света с энергией фотонов, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника, оптически связанный с МДПструктурой и электрически соединенный через линию задержки с источником HMnyiibcHoro напряжения.

На чертеже представлена блок-скема- устройства.

Устройство содержит МДП-структуру 1, источник 2 импульсного напряжения, источник 3 импульсно.го света линию 4 задержки и измеритель 5 амплитудал импульсного тока. .МДП-структура 1 соединена пс5 следователь но с источником 2 импульсного напряжения, с которым соединен источник 3 импульсного света через линию 4 задержки. Измеритель 5 амплитуды импульсного тока соединен с МДП-структурой 1.

. Устройство работает следующим образом.

Напряжение, подаваемое на МДПструктуру 1 от источника 2 импульсного напряжения с определенного момента времени создает в приповерхностной области полупроводника МДПструктуры электрическое поле, достаточное для протекания процесса лавинного разкшожения носителей заряда. При этом коэффициент размножения носителей заряда определяется уровнем освещенности МДП-структуры излу чением источника измеряемого стационарного светового потока и составляет величину М, Это объясняется тем, что генерируемые светом неосно ные носители, накапливающиеся на границе раздела полупроводник-диэлектрик , в той или инойстепени в зависимости от интенсивности стационарного светового потока экранируют электрическое поле в области пространственного заряда полупровод ника, и, поскольку величина М сильн зависит от величины электрического поля, большей интенсивности света, а следовательно, большему уровню генерации неосновных носителей, соответствует меньшее значение величины М. Включение источника 3 импульсног света осуществляется через линию 4 задержки синхроимпульсом от источ 1Тика 2 импульсного напряжения, что позволяет освещать МДП-структуру импульсами света в промежутки времени , характериэукяциеся состоянием лавинного процесса в приповерхностной обларти полупроводника. Электронно-дырочные пары, возбуждаеьме импульсом света в этой области, раз множаются именно с коэффициенте М. В результате в электрической цепи протекает импульс фототока, амппи - туда которого регистрируется измери телем 5 амплитуды импульсного тока и однозначно определяется интенсивностью измеряемого стационарного све toBoro потока, причем большей интен сивности стационарного светового потока соответствует меньшая амплитуда импульса фотоуока, и при соответствующей калибровке устройства измерение амплитуда импульса фототока измер1 телем 5 ам шитуды импульсного тока приводит к однозначному измерению ;интенсивности стационарного светового потока. Предлагаемое устройство для изме рения интенсивности стационарных светотлх потоков обеспечивает при использовании структуры полупрозрач-i ный никель-- термическая двуокись кремния толщшюй 1000 А - подложка кремния марки КДБ-1 измерение интенсивностей стационарных световых потоков в диапазоне от примерно 10 Вт. При этом отношение сигнала к шуму при любой измеряемой интенсивности стационарного светового потока из указанного диапазона можно выбрать за счет выбора мощности импульса света от-источника импульсного света (для данного случая значение величины этой мощности можно выбрать в пределах от 10 до 10 Вт) , за счет низкого уровня шумов лавинного процесса и высоких коэф «циентов размножения носителей в МДП-структуре таким, что для измерения амплитуды импульса фототока не требуется никаких каскадов усиления. Это ведет к существенному упрощению и удешевлению устройства по .сравнению с другими устройствами для измерения интенсивности стационарных световых потоков, в которых зачастую требуется дополнительная модуляция измеряемого светового потока, селекция основной частоты модуляции и многокаскадное усиление исходного сигнала для измерения интенсивности стационарных световых потоков в указанном диапазоне; Кроме этого, технология изготовления матриц ВДП-структур позволяет получать стабильность свойств элементов матри1да, работающих в режиме лавинного размножения носителей заряда по напряжению питания и температуре при переходе от одного элемента к другому, что можно использовать для измерения распределения интенсивности в пространственно неоднородных стационарных световых потоках и для формирования изображения. Изобретение позволяет наряду со стационарными световыми потоками регистрировать импульсные световые потоки. .

УСтеОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТОВЫХ ПОТОКОВ, 00держсикее МДП-структуру, работгисацую в режима лавинного размножения, и подключенные к ней источник импульсного натфяжения и измеритель амплитуды импульсного тока, о т ли ч аю щ е е с я тем, что, с целью измерения интенсивности стационарных световых потоков, в него заведены линия задержки и источник иктульсного света с энергией фотонов, превышающей ширину запрещаИной зоны полупроводника, оптически связанный с I МДП-структурой и злектрически соедиHeHHiffl через линию задержки с источником импульсного напряжения.