Фототранзистор Советский патент 1993 года по МПК H01L31/103 

Изобретение откосится к области полупроводниковой фотоэлектроникир в частности к фототранэисторам,

Целью изобретения является расши- рение диапазона спектральной чувствительности в инфракрасную область спектра,I

На чертеже покйзян фототранзистор и схема его вклю екня с о5ш,е; базойо

Фототранзистор п-р-п-типа состоит из эшггтера 1 j ба.4ы 2 и коллектора (п-типа) Фототранзистор включен по скеме с общей базой. Для этого источники А и 5 напряжения включены в змит терную и коллекторную цепи соответственно а с сопротивления 6 , являющегося нагрузкой коллектора 5 снимаетсй полезный сигнал, На эмиттер 1 падает излучение 7 модулированное с час- тотой о ,

Сопротивление внешней цепм между эмиттером 1 и базой 2 на частоте модуляции регистрируемого излучения 1 много меньше сопротивления эмиттер база фототранзистора, что достигаетс напримерS шунтирова.ием эмиттерного перехода конденсатором 8 большой емкости С такой что ( ii - г., где г - сопротивление эмиттер-база фото- транзистора на частоте йЗ . Таким образом, змиттерный переход закороче на частоте модуляц ш сигнала.

Регистрируемое излучение, проходя через эм иттер поглощается свободным носителями, сообщая км энергию, равную энергии фотона, Разогретые светом носители движутся к эт1ттер- ному переходу и те из них, энергия котор.ых достаточна для преодоления потенциального- барьера, переходят в базу. Таким образом п раесматривае- мом случае йнутренней фотоэмиссии высота потенциального барьера эмит териого перехода, задаваемая прямым смещением, определяет диапазон Длин волн регистрируемого излучения,

Для расширения диапазона спектралной чувствительности в ИК-область спектра необхьдимо сделать барьер перехода эмиттер база равным энергии кванта регистрируемого излучения,. что достигаетсп .приложением постояй - ного напряжения и смещения эшггтера, удонпетворяющего условию

. bC/ Aq tp - и,

где | - контактная разность потенциалов эмиттерного переходаJ

Q

j. Q g

,,.

5

ti - постоянная Планка С - скорость светаI q заряд электрона; А - длина волны регистрируемого излучения.

Перешедшие в базу носителя попадают п коллекторный р-п-переход, смр.щенный в обратном направлении. Как к к обычь ок бигголярноь транзисторе, иижекция неосновных (по отношению к базе) Носителей обеспечивает усиление мощности электрических сигналов а

Толпшна эмиттера 1 не превьшает длины остывания фотоносителей - par. стояь ияз на котором фотоносители теряют приобретенную от света энергию, т,е, d 6 1огг 1 где d - тапщина Э1ч и-: тсра 11 IOCT длина остывания носителей, В сильнолегированных по- лупровоЛ И :ах з к. гяяг .ал длина состав - ляет от иескольно сот ангстрем до г-ф крона, .

Поскольку э «1ттер 1 легирован ос- юв11ой примесью по отношению к базе 2 и коллектору 3 значительно сильнее то излучение может подаваться через коллектор 3 и базу 2 так как поглощение свободными Носителями в них будет меньше чем в эмиттере 1

Основная примесь введена в количестве, отвечающем максимальному поглощению изл п1ений на свободных основных носителях, т.е. глубина поглоще - ВИЯ при выбираемом уровне легирования равна толщине эмиттера, т.е. d, где Ксь коэффициент поглощения регистрируемого излучения на свободных основных носителях в эмиттере.

Пример, Фототранзистор р-п-р т ипа освещался со стороны эмиттера,

Измерения проводились, как при 300 и 77 К, В качестве источника излучения исгГользован С0,лазер с длиной волны 10,6 мкм. Модуляция из лу- чения осуществлялась электрооптичес КИМ модулятором. Фотоответ резко возрастал, когда высота потенциального барьера эмггттерного р-п-перехода, регулируемая прямым смещением, становилась соизмеримой с энерг гей кванта регистрируемого ир.лучепия. Условие закорачивания внешней цепи эмиттер- база ка частоте модуляции сигнала достигалось включением большой емкости, шунтировавшей выходное сопро- тивлеине источника напряжения, Вопьтовая чувствительность достигала О,А В/Вт. Концентрация основной примеси в sMitTTepe 10 .

I Данный способ регистрации излучения фототранэистором позволяет детектировать излучение с энергией кванта значительно меньше ширины запрещенФормула изобретения

Фототранэистор, содержащий эмиттер;, базу и коллектор, соединенные по схеме с обпей базой, отличаюший- с я тем, что, с целью расширения диапазона спектральной чувствительности в инфракрасную область, эмиттер выполнеи из полупроводникового матери

Изобретение относится к области фотоэлектроники, в частности регистрации излучения. Цель изобретения - расширение диапазона спектральной чувствительности в инфракрасную область. Фототранзистор включен по схеме с общей базой. Эмиттер выполнен из полупроводникового материала с концентрацией основных носителей, при которой коэффициент поглощения регистрируемого излучения на них удовлетворяет условию IOCT t где d толщина эмиттера, - коэффициент поглощения регистрируемого излучения на свободных основных носителях в эмиттере, 1 - длина остывания фотовозбужденных основных носителей. Напряжение смещения эмиттера по постоянному току и Ср - hc/ (q, где f контактная разность потеяаиала эмит- терного перехода} h - постоянная Планка; С - скорость света; q - заряд электрона; Л - длина волны. Сопротивление регистрируемого излучения эмиттер и база закорочены на частоте модуляции регистрируемого излучения. Регистрируемое излучение поглощается в эмиттере свободными носителями заряда, сообщая им энергию, достаточную для преодоления эмиттерного перехода. Пришедшие в базу носители попадают в коллекторный переход смещенный в обратном направлении. При. этом обеспечивается усиление сигнала. Фототранзистор позволяет регистрировать излучение средней и дальней ИК-области. 1 ил. (Л с: 4 О « СО сл 00

лей, при которой коэффициент поглощекия регистрируемого излучения на них удовлетворяет условию

к;; 1,

d где d.

ной зоны полупроводника,- соответству- |Q ала с концентрацией основных носите- юцее средней и дальней ИК-области, пользуясь транзисторами из германия, кремния и других пшрокозонных полупроводников. Включение между эмиттером и базой источника напряжения, J5 сопротивление которого на частоте модуляции сигнала много меньше входного сопротивления транзистора,исключает отрицательную обратную связь в транзисторе, что позволяет увеличить JQ прямое смещение эмиттерного перехода и тем самым расширить диапазон длин воли регистрируемого излучения,

i,25

OCr

- толщина эмиттера; К.д - коэффициент поглощения регистрируемого излучения на свободных основных носителя в эмиттере; ост длина остывания фотовоэбу деняых основных носителей переход эмиттер-база закорочен по переменному току на частоте Модуляции регистрируемого излучения.

лей, при которой коэффициент поглощекия регистрируемого излучения на них удовлетворяет условию

к;; 1,

d где d.

ала с концентрацией основных носите-

OCr

- толщина эмиттера; К.д - коэффициент поглощения регистрируемого излучения на свободных основных носителя в эмиттере; ост длина остывания фотовоэбу деняых основных носителей переход эмиттер-база закорочен по переменному току на частоте Модуляции регистрируемого излучения.