Фотометрическое устройство Советский патент 1989 года по МПК G01J1/04 

1

Изобретение относится к фотоэлектрическим устройствам (ФУ), в част- |Ности к устройствам, предназначенным для фотометрических измерений освещенности, яркости и т.д.

Целью изобретения является повы- шеьие точности измерения за счет формирования спектральной характеристики (СХ), близкой к кривой видности глаза, при одновременном обеспечеНИИ ее стабильности в условиях повышенной влажности и температуры.

На фиг.1 представлена принципиальная схема ФУ; на фиг.2 - кривая видности глаза, СХ известных устройств, а также СХ предлагаемого устройства до и после воздействия повышенной температуры и влажности.

На фиг,1 обозначены подложка 1, прозрачный проводящий электрод 2,

3

n -слой 3 из (a-Si:H), фоточувствительный слой 4 из (a-Si:H), слой 5 металла с большой работой выхода,ге метик 6, узел 7 регистрации.

Выпалнение подложки из прозрачного, химически стойкого материала обусловлено необходимостью пропускания через нее света. В противном случае СХ ФУ изменяется неконтролируемым образом. Химическая стойкост материала подложки предотвращает воздействие внешней среды и ее изменений (температуры, влажности и др. на фоточувствительный слой, т.е. подложка одновременно является и защитным слоем. Материал подложки способствует как формированию необходимой СХ, так и стабильности СХ.

Выполнение фоточувствительного слоя из аморфного гидрированного кремния (a-Si:H) вызвано тем, что планки (a-Si:H) обладают высокой фотопроводимостью в требуемом спектральном диапазоне, более устойчивой структурой по сравнению с другими аморфными и халькогенидными стеклами, которые потенциально могли бы быть использованы в качестве фоточуствительного слоя.-В связи с этим предлагаемьй материал определяющем образом влияет как на формирова}ие СХ, так и на ее стабильность, при различных внешних условиях. Критичным параметром является и толщина фоточувствительного слоя. Так, при тощине 1 мкм основное поглощение света происходит в области отсутствия электрического поля, поэтому генерированные светом носители будут

рекомбинировать, не давая вклад в фототок. При толщине (c ширина области собирания фотоносителей) все генерированные светом носители собираются и дают вклад в фототок, т.е. не будет необходимого спада СХ в- коротковолновой области. Слой металла с высокой работой выхода необходим для образования встроенного электрического поля,которое разделяет фотоносители и обеспечивает ток во внещней цепи. Данны слой должен быть нанесен на фото-. чувствительный слой. Отсутствие данного слоя делает невозможным работу устройства. Герметизация подложки с нанесенными слоями со стороны,противоположной освещаемой, необходима для защиты ФУ и стабилизации СХ.От

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

сутствие герметизации ведет к неконтролируемым изменениям СХ под воздействием внешней среды (повышение температуры и влажности) и, как следствие, к понижению точности измерений.

Критичной характеристикой является толщина фоточувствительного слоя, которую предлагается выбирать из указанного в формуле изобретения интервала. Предложенная зависимость позволяет определить -оптимальную толщину фоточувствительного слоя,обеспечивающую совпадение максимума СХ с максимумом кривой видности глаза. Это приводит к повышению точности измерений.

Возможно и дальнейшее повышение точности и чувствительности, которое достигается дополнительным введегот- ем п -слоя из (a-Si:H) в соответствии с формулой. Повышение чувствительности при этом происходит за счет более полного собирания фотоносителей (устранением неомичности контакта),а повышение точности - в результате более правильного формирования СХ в коротковолновой области (подавление фототока в область очень коротких длин волн, поглощение которых происходит вблизи границы проз- - рачного проводящего электрода и фоточувствительного слоя) .

Таким образом, подложка 1 является основой для нанесения на нее всех последуюш тх слоев, за1цитным слоем и одновременно поверхностью для про- пуска1ия измеряемого света в фоточувствительный слой 4. Назначение прозрачного проводящего электрода 2 состоит в пропускании света к фоточувствительному слою 4, сборе фотоносителей и обеспечен1 и контакта с узлом 7 регистрации, п -слой 3 необ- для форьшрования омического контакта . В фоточувствительном слое 4 происходят генерация и разделение фотоносителей. Слой 5 металла с высокой работой выхода обеспечивает формирование электрического поля в фоточувствительном слое 4. Герметик § обеспечивает защиту ФУ от влияния внешней среды со стороны противоположной освещаемой, а узел 7 регистрации регистрирует фототок.

ФУ работает следующим образом.

Измеряемый свет, пройдя подложку 1, прозрачный проводящий электрод 2,

п -слой 3, генерирует в фоточувствительном слое 4 носителя заряда,которые разделяются встроенным электрическим полем на границе фоточувствительного слоя 4 и слоя 5 металла с высокой работой выхода. Далее носители заряда собираются с помощью прозрачного проводящего электрода 2 и металлического слоя 5, направляются в узел 7 регистрации, который вырабатывает сигнал, пропорциональный интенсивности измеряемого света.

На фиг.2 приведены кривая 8 вид- ности глаза, кривая 9, СХ ФУ с фоточувствительным слоем из Se, СХ 10 ФУ с фоточувствительным слоем их CdS, СХ ФУ, изготовленного и описанного в примере конкретной реализации до и после воздействия повышенной температуры и влажности, - кривые 11 и 12 соответственно.

Пример. На подложку 1 последовательно наносим прозрачный проводящий электрод 2, n -слой 3, фоточувствительный слой 4, слой 5 металла с высокой работой выхода, далее подсоединяем с помощью внешних проводников узел 7 регистрации. После этого со стороны, обратной освещаемой, все нанесенные слои покрываются герметиком 6.

В качестве подложки 1 использовалось обычное стекло размером 25 « 25 мм, толщиной 2,5 мм. На одну поверхность подложки 1, противоположную освещаемой, методом магнетронно- го напьления мишени из I и S п в ат- мосфере С/1 нанесен прозрачный проводящий электрод 2 из окиси индия-олова. Толищна электрода 2 0,5 мкм,слое вое сопротивление R 200 Ом. Затем наносили п -слой 3 из (a-Si:H), легированного фосфором, и фоточувствительный слой 4 из (a-Si:H) через маску с отверстием диаметром 12 мм. Слои 3 и 4 наносились методом разложения силана в плазме ВЧ-тлеющего разряда. Использовались рабочая смес (95% Аг + 5% SiH) для фоточувстви- тельного слоя 4, для п -слоя в эту смесь добавлялся фосфин РНз так,чтобы концентрация молекул фосфина по {отношению к концентрации молекул си- лана составила 1-2%. I

Толияна п -слоя (a-Si:H) 300 А (время нанесения 5 мин), фоточувствительного слоя 4 0,33 мкм.

Затем на фоточувствительный слой 4 наносился слой 5 металла с большой работой выхода. В данному случае наО

несен слой Pt толщиной 300 А через маску с отверстием диаметра 10 мм, расположенную соосно с ранее использовавшейся маской для нанесения п -слоя 3 и фоточувствительного

0 слоя 4.

Далее к слою 5 металла и прозрачному электроду 2 прикреплены с помощью проводящего клея проводники, которые обеспечивали контакт с уз5 лом 7 регистра191и. В качестве узла 7 регистрации использовался прибор Ш-4310 в режиме измерения тока. Затем после просушки проводящего клея вся поверхность ФУ, обратная осве0 щаемой, заливалась герметиком на основе эпоксидной смолы. Предлагаемая конструкция ФУ позволяет наносить дополнительно р -слой (a-Si:H) между фоточувствительным слоем 4 и слоем 5

5 металла с большой работой выхода.При этом используется такая маска, что и для слоев 3 и 4. Р -слой позволяет увеличить электрическое поле в фоточувствительном слое 4 и, следова0 тельно, повысить чувствительность ФУ. Такие ФУ также изготовлены и испытаны, причем наблюдалось повышение чувствительности, р -слой изготавливался также разложением силановой смеси 95% Аг + 5% SiH4- с добавлени5

ем диборана тик, чтобы ,/ /SiH, 1-2%.

Мекеты ФУ подвергнуты следующим испытаниям: выдержка в течение 4 ч при температуре 6()°С и влажности 100%, засветка лампой ДКсЭ - 1000 Вт через водяной фильтр толщиной 3 см. После испытаний измерены СХ и токо- вая чувствительность. На фиг.2 приведены СХ образцов ФУ до испытаний (кривая 11) и после испытания (кривая 12).

Изменение токовой чувствительности составляло не более 1% в пределах точности измерений.

В целом, если оценивать улучшение точности измерения за счет формирования СХ, более близкой к кривой вид- ности глаза, по разности площадей (фиг. 2), то предлагаемое устройст-во обеспечивает повышение точности по равнению с известным более чем в ва раза.

ормула изобретения

1. Фотометрическое устройство, содержащее подложку, фоточувствительный слой, прозрачный проводящий электрод и защитный слой, а также узел регистрации, соединенный с прозрачным проводящим электродом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет формирования спектральной характеристики, близкой к кривой видности глаза, при обеспечении ее стабильности в условиях повышенной влажности и температуры, подложка, одновременно являющаяся и защитным слоем, выполнена из прозрачного для направляемого на нее измеряемого света химически стойкого материала, на подложку последовательно по ходу излучения нанесены прозрачный проводящий электрод и фоточувствительный слой, причем последний выполнен из аморфного гидрированного кремния (a-Si:H) толщиной t, удовлетворяющей условию Wc t 41 мкм, где Wp - ширина области Собирания фотоносите

лей, поверх фоточувствительного слоя расположен слой металла с работой выхода, большей работы выхода фото- чувствительного слоя, свободные поверхности прозрачного электрода и всех нанесенных слоев покрыты герме- ,тиком, а узел регистрации соединен со слоем указанного металла.

2. Устройство по п .1, отличающееся тем, что толщину t фоточувствительного слоя определяют по зависимости

15

t Wcexp(-WWc) 1 -exp()

We

где f/. - коэффициент оптического поглощения фоточувствительного слоя, соответствующий требуемому максимуму спектральной характеристики, см- . 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т- личающееся тем, что мелщу прозрачным проводящим электродом и фоточувствительным слоем дополнительно введен п -слой аморфного гидрированного кремния.

Изобретение относится к фотоэлектрическим устройствам, конкретнее к устройствам, предназначенным для фотометрических измерений освещенности, яркости. Цель изобретения - повышение точности измерения. Существуюище фотометрические устройства обладают недостаточной точностью измерения вследствие значительного отличия спектральной характеристики от кривой видности глаза и нестабильности ее в условиях действия повышенной влажности и температуры. Для повьпиения точности измерения в известном фотометрическом устройстве, содержащем подложку, фотопроводящкй слой, прозрачный проводящий электрод и защитный слой, а также узел регистрации, выполняют подложку из прозрачного химически стойкого материала, фотопроводящий слой - из аморфного гидрированного кремния толщиной, определяемой по полученной авторами зависимости из определенного . диапазона. Поверх фотопроводящего слоя наносят слой металла с высокой работой выхода и покрывают гермети- ком поверхность фотометрического устройства, противоположную освещаемой. Кроме того, для дальнейшего повышения точности измерения в фотометрическое устройство вводят дополнительный п-слой (a-Si:H). 2 з.п. ф-лы, 2 ил. i (Л 1 СЬ 4

Фи..

.

.

.1

См

о