УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛЕЖЕНИЯ ЗА ИСТОЧНИКОМ СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК H01L31/08 

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к оптическим первичным полупроводниковым преобразователям, предназначенным для преобразования оптической информации в электрический сигнал.

Известны фотодиодные структуры, используемые в качестве следящих устройств, включающие полупроводниковую пластину со сформированными в ней p-n-переходами, образующими фотодиоды, катоды которых соединены по столбцам, а аноды соединены между собой построчно. Такая структура соединения электродов позволяет считывать информацию параллельно.

Недостатками таких структур являются конструктивная сложность и малое быстродействие, обусловленное необходимостью анализировать все элементы чувствительной поверхности для выделения полезного сигнала.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для слежения за источником светового излучения, включающее полупроводниковую пластину с нанесенными на нее проводящим кольцом, выводами и n парами контактов, где n равно 1 или 2, расположенных внутри зоны, ограниченной проводящим кольцом, причем в каждой паре контакты расположены относительно друг друга по дуге 180^о с центром в центре пластины, при этом при n 2 вторая пара контактов развернута относительно первой на 90^о.

Недостатком известного устройства является малый диапазон измеряемых координат, ограниченный сверху значением диффузионной длины l_D, вследствие чего нельзя для изготовления устройств использовать полупроводники с малой диффузионной длиной неосновных носителей l_D, в том числе и кремний.

Целью изобретения является улучшение диапазона измеряемых координат.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для слежения за источником светового излучения, включающем полупроводниковую пластину с нанесенными на нее проводящим кольцом, выводами и n парами контактов, где n равно 1 или 2, расположенных внутри зоны, ограниченной проводящим кольцом, причем в каждой паре контакты расположены относительно друг друга по дуге 180^о с центром в центре пластины, при этом при n 2 вторая пара контактов развернута относительно первой на 90^о, на поверхность пластины, заключенной между парами контактов, нанесен управляющий электрод, изолированный от пластины и контактов слоем диэлектрика и выполненный центрально-симметричным.

Введение управляющего электрода указанной конфигурации позволяет создавать между контактами полупроводниковой пластины область, обедненную основными носителями заряда, форма которой соответствует форме управляющего электрода. Для этого к указанному управляющему электроду прикладывается напряжение соответствующей полярности (например, для n-типа полупроводниковой пластины отрицательная). В указанной обедненной области время жизни неосновных носителей заряда, а значит и диффузионная длина возрастают на несколько порядков по сравнению с объемным временем жизни в исходной пластине полупроводника. Ввиду того, что измерения значений концентрации неосновных носителей производятся в пределах указанной обедненной области, существенно увеличится диапазон значений измеряемых координат, величина которого в первом приближении пропорциональна диффузионной длине. Центрально-симметричная форма управляющего электрода обеспечивает возможность дифференциального считывания сигналов с каждой пары контактов, что упрощает выделение сигналов о координатах источника светового излучения.

На фиг. 1 изображено данное устройство, вид сверху; на фиг.2 его поперечный разрез.

Устройство содержит полупроводниковую пластину 1, на которой на расстояниях, в несколько раз превышающих 2l_D, нанесены две пары контактов 2,3 и 4,5, развернутых относительно друг друга на 90^о и расположенных внутри зоны, ограниченной проводящим кольцом 6 с центральным выводом 7. На поверхность полупроводниковой пластины в зоне, ограниченной контактами 2,3, 4 и 5, нанесен управляющий электрод 8, изолированный от пластины и омических контактов диэлектрическим слоем 9. Вывод 10 используется для заземления подложки, вывод 11 для подачи напряжения на управляющий электрод 8, вывод 12 служит для подачи синусоидального сигнала к проводящему кольцу 6.

Полупроводниковая пластина 1 может быть выполнена из кремния, контакты 2,3,4 и 5, проводящее кольцо 6, а также центральный вывод 7 и выводы 10,11 и 12 выполнены из напыленного алюминия. Управляющий электрод 8 выполнен из слоя оптически прозрачного проводящего вещества, например сульфида кадмия, и нанесен на слой окиси кремния.

Работа устройства происходит следующим образом. Неосновные носители заряда, сгенерированные излучением в полупроводниковой пластине, собираются в приповерхностном слое обедненной области, расположенной под управляющим электродом, и создают в ней распределение плотности заряда с максимумом в зоне изображения источника излучения.

Значение концентрации неосновных носителей заряда считывается контактами 2,3 4 и 5, а сигналы координат формируются в виде дифференциальных сигналов, считываемых с контактов 2,3 (по одной координате) и 4,5 (по другой). Распределение неосновных носителей заряда модулируются тянущим электрическим полем, приложенным к центральному и кольцевому электродам 6 и 7, вследствие чего модулируются и выходные сигналы, считываемые с контактов. Центральная симметрия указанного поля и центрально-симметричная форма управляющего электрода обеспечивают получение высокой стабильности положения нуля позиционной характеристики.

При расположении светового пятна в центре устройства считывание с контактов одинаково, т.е. дифференциальные сигналы равны нулю (полная симметрия распределения концентрации неосновных носителей заряда). При смещении светового пятна вдоль направления, например, контактов 2, 3 концентрация неосновных носителей в зоне контакта 2 возрастает, а в зоне контакта 3 падает. Дифференциальный сигнал разности концентрации неосновных носителей заряда пропорциональна величине смещения светового пятна от центра, знак разности определяет направление этого смещения. При смещении этого светового пятна вдоль контактов 4, 5 дифференциальный сигнал с этих контактов формируется аналогичным образом. При произвольном расположении светового пятна дифференциальные сигналы с контактов 2, 3 и 4,5 будут пропорциональны соответствующим значениям координат светового пятна в системе координат, определенной расположением указанных пар контактов.

Данное устройство позволяет увеличить диапазон измерения координат, а также обеспечить высокую стабильность позиционной характеристики.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЛЕЖЕНИЯ ЗА ИСТОЧНИКОМ СВЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, включающее полупроводниковую пластину с нанесенными на нее проводящим кольцом, выводами и n парами контактов, где n равно 1 или 2, расположенных внутри зоны, ограниченной проводящим кольцом, причем в каждой паре контакты расположены относительно друг друга по дуге 180^o с центром в центре пластины, при этом при n 2 вторая пара контактов развернута относительно первой на 90^o, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапазона измеряемых координат, на поверхность пластины, заключенной между парами контактов, нанесен управляющий электрод, изолированный от пластины и контактов слоем диэлектрика и выполненный центрально-симметричным.