Фотоприемник Советский патент 1984 года по МПК H01L31/00 H01L31/16 G01R29/08 

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к устройствам, регистрирующим электромагнитное излучение, и может использоваться для обнаружения и регистрации электромагнитных сигналов.

Известен фотоприемник, состоящий из полупроводниковой пластины с р-п-переходом, принцип работы которого основан на возникновении ЭДС на облученном р-п-переходе вследствие разделения внутренним электрическим полем неравновесных электронно-дырочных пар, созданных электромагнитным излучением 1.

Однако известный фотоприемник имеет узкие- и неуправляемые область спектральной фоточувствительности и динамический диапазон.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является фотоприемник, содержащий полупроводниковую пластину, к торцам которой подключены последовательно соединенные источник электрического напряжения и регистратор. При облучении полупроводниковой пластины электромагнитным излучением ее проводимость увеличивается, что влечет за собой увеличение тока в электрической цепи. По величине этого изменения судят об интенсивности электромагнитного излучения 2.

Однако данное устройство имеет неуправляемую и низкую спектральную фоточувствительность в коротковолновой области спектра, которые обусловлены неуправляемым и конечным значением скорости поверхностей рекомбинации; неуправляемый и узкий динамический диапазон, которые обусловлены нелинейными процессами рекомбинации неравновесных носителей заряда. Эти недостатки приводят к низкой точности измерений.

Целью изобретения является управление спектральной фоточувствительностью и динамическим диапазоном фотоприемника.

Цель достигается тем, что в фотоприемнике, содержащем полупроводниковую пластину, к торцам которой подключены последовательно соединенные источник электрическогр напряжения и регистратор, на плоскости полупроводниковой пластины нанесены полупрозрачные к принимаемому излучению металлические пластины, подключенные к введенному регулируемому источнику электрического напряжения и изолированные от полупроводниковой пластины диэлектрическими слоями, причем толщина полупроводниковой пластины равна биполярной диффузионной длине носителей заряда.

На фиг. 1 показана электрическая схема фотоприемника; на фиг. 2 - зависимость спектральной фоточувствительности фотоприемника от напряжения на полупрозрачных к принимаемому излучению металлических пластинах; на фиг. 3 - зависи|у}ость фототока от интенсивности электромагнитного излучения при нескольких значениях напряжения на полупрозрачных к принимаемому излучению металлических пластинах.

Фотоприемник состоит из полупроводниковой пластины 1, источника 2 электрического напряжения, диэлектрических слоев 3, полупрозрачных к принимаемому излучению металлических пластин 4, введенного регулируемого источника 5 электрического

напряжения и регистратора 6 (фиг. 1).

Фотоприемник работает следующим образом.

Если облучать полупроводниковую пластину электромагнитным излучением, создающим неравновесные электронно-дырочные пары, через полупрозрачную к при нимаемому. излучению металлическую пластину 4 (фиг. 1) при выключенном регулируе.мом источнике 5 электрического напряжения, то спад фототока в коротковолновой облас0 ти спектра определяется скоростью поверхностной рекомбинации на освещаемой поверхности полупрозрачной к принимаемому излучению металлической пластины 4 (кривая 1 на фиг. 2). При включении регулируемого источника 5 электрического напряжения на полупрозрачных к принимаемому излучению металлических пластинах 4 возникает электрический заряд, вызывающий изменение изгиба поверхностных зон у полупроводниковой пластины 1. Если исходный, т. е. после обработки поверхностей полупроводниковой пластины, изгиб зон был истощающий и электрический заряд на полупрозрачных к принимаемому изучению металлических пластинах 4 увеличил этот изгиб, то, согласно теории Стивенсона5 Кейса, скорость поверхностной рекомбинации уменьщится. В результате фототок в коротковолновой области спектра возрастает (фиг. 2, кривые 2, 3, 4). Если же поменять заряд на противоположный, то изгиб поверхностных зон уменьщится, а

0 скорость поверхностной рекомбинации возрастет. В результате фототок в коротковолновой области спектра уменьшится (фиг. 2, кривая 5). Эффект управления спектральной фоточувствительностью полу, проводника максимальный, если толщина полупроводниковой пластины равна биполярной диффузионной длине носителей заряда.

Управляемая скорость поверхностной рекомбинации с помощью поперечного

0 электрического поля может также управлять динамическим диапазоном, т. е. диапазоном линейной зависимости фототока от интенсивности падающего на полупроводник электромагнитного излучения. Действительно, если скорость поверхностей реком бинации на освещаемой поверхности мала, а интенсивность сильнопоглощающего излучения высока, то концентрация неравновесных носителей заряда в основном, определяется не линейными механизмами, а квадратичными или кубическими. В результате линейная зависимость между фототоком и интенсивностью электромагнитного излучения перестает быть линейной. Однако если с помощью внешнего источника электрического напряжения и полупрозрачной к принимаемому излучению металлической пластины на освещаемой поверхности полупроводника увеличить скорость поверхностной рекомбинации, то вблизи этой поверхности концентрация неравновесных носителей заряда упадет и вероятность линейных механизмов рекомбинации уменьшится, что расширит область линейной зависимости фототока от интенсивности электромагнитного излучения. С ростом скорости поверхностной -рекомбинации область линейной зависимости фототока от интенсивности излучения увеличивается, как показано на фиг. 3 (кривая 1 снята при напряжении на электродах U О, кривая

2 - при и -2 В и кривая 3 - при и -10 В).

Таким образом, с помощью регулируемого источника электрического напряжения и полупрозрачных к принимаемому излучению металлических пластин, расположенных на поверхностях полупроводниковой пластины , можно обратимо управлять спектральной фоточувствительностью и динамическим диапазоном фотоприемника, что позволяет более точно определять интенсивность электромагнитного излучения.

ФОТОПРИЕМНИК, содержащий полупроводниковую пластину, к торцам которой подключены последовательно соединенные источник электрического напряжения и регистратор, отличающийся тем, что, с целью управления спектральной фоточувствительностью и динамическим диапазоном, на плоскости полупроводниковой пластины нанесены полупрозрачные к принимаемому излучению металлические пластины, подключенные к введенному регулируемому источнику электрического напряжения и изолированные от полупроводниковой пластины диэлектрическими слоями, причем толщина полупроводниковой пластины равна биполярной диффузионной длине носителей разряда. (Л 05 00

h

Фиг. 2 ЭВ