Устройство для измерения временных и энергетических характеристик импульсного электромагнитного излучения Советский патент 1986 года по МПК G01R29/08 

1

1229700

Изобретение относится к приемникам злектромагнитного излучения, в частности к тепловьм приемникам, служащим для исследования временных и энергетических характеристик электромагнитного излучения, получаемого, например, с помощью СВЧ-устройств или лазеров.

Цель изобретения - повышение быстродействия и чувствительности.

На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства для измерения временных и энергетических характеристик импульсного электромагнитного излучения.

Устройство содержит полупроводниковую пластину 1, выполненную из собственного полупроводника, например кремния, диэлектрические слои 2, например, из двуокиси кремния.металлические пленки 3, непрозрачные для излучения, нагрузочный резистор 4, источник 5 постоянного напряжения. При работе устройства для изучения временных и энергетических характеристик импульсного электромагнитного излучения импульсный поток электромагнитного излучения, падающи на приемную поверхность, поглощается металлической пленкой 3. Так как в металлах энергия электромагнитного излучения превращается в тепловую за время порядка 10 с, то тепловое поле и функция тепловой генерации свободных носителей зарядов в област полупроводниковой пластины 1, непосредственно прилегающей к диэлектрическому слою 2, будут повторять вре- |4енную структуру импульса, если его длительность больше указанных времен Генерируемые тепловым полем неравновесные электроны и дырки дадут,вклад в С1 возной ток, протекающий через полупроводниковую пластину 1 под действием внешней разности потенциалов, что в свою очередь, вызовет увеличение падения напряжения на нагрузочно резисторе 4, Если при этом длительность импульса излучения больше времени дрейфа свободных носителей че- pesi полупроводниковую пластину 1, то временная структура выходного сигнал снимаемого с нагрузочного резистора 4 будет повторять временную структуру падающего излучения. Предельное быстродействие предлагаемого устройства определяется временем дрейфа носителей заряда через полупроводниковую гшастину 1 и достигает значений 10

5

0

5

Полезный сигнал на нагрузочном резисторе 4 легко вьщеляется в том случае, если сквозной ток, протекаю- ищй через полупроводниковую пластину 1 под действием внешней разности потенциалов, соизмерим с приращением тока, вызванного воздействием излучения. Это достигается применением диэлектрических слоев 2, толщина которых удовлетворяет условию 6. Использование диэлектрических слоев 2 меньшей толщины ведет к резкому увеличению тока через полупроводниковую пластину 1, на фоне которого вклад гене- рируемьгк тепловым полем неравновесных носителей в протекающий ток становится малозаметным, что снижает чувствительность. Увеличение толщины диэлектрических слоев 2 вызывает быстрый рост постоянной времени цепи за счет интенсивного возрастания сопротивления чувствительного элемента, а это су- ш,ество ухудшает быстродействие устройства.

Выполнение полупроводниковой пластины 1 из собственного полупроводника, толщина которой удовлетворяет условию , позволяет получить, с одной стороны, максимальную подвижность носителей заряда, что значительно уменьшает их время дрейфа от приемной поверхности к тыльной и, следовательно, повьш1ает быстродействие устройства; с другой - избежать потерь неравновесных носителей за счет рекомбинации и увеличить тем самым чувствительность устройства.

Таким образом, введение диэлектрических слоев 2, толщина которых удовлетворяет условию 2 $6, а также выполнение полупроводниковой пластины 1 из собственного полупроводника толщиною, определяемой соотношением LiLj,позволяет на четыре порядка повысить быстродействие и на порядок увеличить его чувствительность.

Тепловая генерация неравновесных носителей заряда обеспечивает работу устройства в широком спектральном диапазоне, включая диапазон СВЧ, а 0 также ближнюю и дальнюю инфракрасные области спектра.

Формула изобретения

5 Устройство для измерения временных и энергетических характеристик импульсного электромагнитного излучения, содержащее полупроводниковую

0

5

0

5

312297004

пластину, металлические пЛенки, пр-щина диэлектричестсого слоя, йсключаглощающие электромагнитное излучение,ющая сквозной ток через полупроводотличающееся тем, что,никовую пластину которая выполнена

с целью повьшения быстродействия ииз собственного полупроводника, ее

чувствительности, введены диэлектри- 5толщина L определяется соотношением

ческие слои, расположенные между ме-L L ,где Lj - диффузионная длина ноталлическими пленками и поверхности-сителей заряда, при этом металличесми полупроводниковой пластины, толщи-кие пленки - одна непосредственно,

на которых удовлетворяет условиюа другая через введенный нагрузочный

d ,,10резистор - соединены сЬведенным ис2 . 6 где, d - минимальная тол-точником постоянного на пряжения.

Изобретение может использоваться в тепловых приемниках электромагнитного излучения. Повышается быстродействие и чувствительность. Устройство содержит полупроводниковую пластину (ПП)1, диэлектрические слои (ДС)2, расположенные между металлическими пленками 3, которые непрозрачны для излучения, и поверхностями ГО11, нагрузочный резистор (ИР) 4 и источник 5 постоянного напряжения. Полезный сигнал на HP 4 вьщеляется в том случае, если сквозной ток, проте- каювщй через ПП1, под действием внешней разности потенциалов соизмерим с приращением тока, вызванного воздействием излучения. Это достигается использованием ДС2, выполненных, например, из двуокиси кремния, толщина d которых удовлетворяет условию 2$dj,/di6, где d - мин.толщина ДС2, исключающая сквозной ток через ПП1, а также выполнением ПП1 из. собственного полупроводника, например кремния, и толщина L которой удовлетворяет условию , где LP - диффузионная длина носителей заряда. 1 ил. (Л шипи 1 - ///////yYf/fY//( VKSf fiSSSySKiyXiKf VSSSS 3 to ю со