ГИБРИДНЫЙ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1996 года по МПК H01L27/148 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может быть использовано при изготовлении оптоэлектронных устройств.

Целью изобретения является расширение рабочего частотного диапазона гибридного фотопреобразователя.

Снабжение фотоприемника дополнительным накопительным элементом позволяет увеличить входной ток в связующую линейку фотоприемников с ПЗС коммутатором узел, т. е. повысить входной ток во входные диоды в ПЗС и оптимизировать RC-цепочку входа посредством уменьшения входного сопротивления, что позволяет регулировать частотные характеристики гибридного фотопреобразователя, т. е. оптимизировать, расширять частотный диапазон прибора.

В качестве накопительного элемента может использоваться сам фотоприемник линейки, при нанесении поверх него слоя диэлектрика, или сначала тонкого слоя высоколегированного полупроводника того же типа проводимости, что и материал фотоприемника, и поверх этого слой диэлектрика и соответственно металла.

На фиг.1 приведен схематический рисунок гибридного фотопреобразователя, согласно предложенному изобретению.

На пластине 1 из ситалла или кварца толщиной 1 мм наносятся токоведущие дорожки 2, например, из алюминия до области, куда приклеивается линейка фотоприемников 3, представляющие собой фоторезисторы на основе кремния, легированного золотом. После изготовления контактных площадок 4 на фотоприемниках 3 и на концах токоведущих дорожек 2 фотоприемники с помощью алюминиевых или никелевых проволочек 5 электрически соединяются токоведущими дорожками 2. Таким же путем монтируется коммутатор 6 на плате 7. На плате 7 поверх токоведущих дорожек между коммутатором 7 и линейкой фотоприемников 3 приклеивается фоновый замок 8 брусок из поликора или керамики, который служит барьером на пути фонового излучения от коммутатора к фотоприемникам. Затем коммутатор электрически соединяется с токоведущими дорожками с помощью алюминиевых или никелевых проводов. После того, как изготавливают токоведущие дорожки на кросс плате 9, все три платы электрически соединяют с помощью алюминиевых проволочек в следующей последовательности: плата 1 с фотоприемниками, плата 7 с коммутатором, кросс плата 9 с выходным разъемом 10.

Основное отличие предложенного технического решения касается конструкции фотоприемников линейки 3. На фиг.2 приведена схематическая конструкция фотоприемника линейки и схема его влияния в составе гибридного фотопреобразователя. Фотоприемники линейки в данном техническом решении представляют из себя резисторы 12 с низкоомным приповерхностным слоем 13, на свободных от контактной металлизации 14 участках поверхности которых нанесен слой диэлектрика 15, покрытый слоем металла 16. Все участки металла 16 объединяются общей шиной 11 (см. фиг.1) и подключаются к автономному источнику питания.

При падении излучения на линейку фотоприемников заряд предварительно накапливается в МДП элементе за определенное заданное время и поступает в связующий узел (на вход коммутатора). Поступающий на вход большой ток позволяет уменьшить входное сопротивление, регулировать RC-цепочку на входе и тем самым улучшать частотные характеристики гибридной фоточувствительной схемы.

Фотоприемник и коммутатор в предлагаемой конструкции соединены так же, как и в прототипе, за тем лишь исключением, что между точкой их соединения и "землей" включена емкость, выполненная в виде МДП структуры на поверхности фотоприемника (см. фиг.2). Накопление заряда, обусловленное протеканием фототока через фоторезистор, первоначально происходит в МДП-структуре.

Перед подачей напряжения на ФП емкость С_МДП заряжается посредством подачи отрицательного напряжения (на схеме это осуществляется замыканием ключа В). Это осуществляется за один такт, если С_МДП<<С_ПЗС, либо за несколько тактов в противном случае. При этом обкладка С_МДП, контактирующая с ФП, заряжается отрицательно по отношению к "земле". Накопление заряда (или разряд) в С_МДП осуществляется при подаче напряжения на ФП, хотя возможна работа ФП и без дополнительного источника питания. В этом случае ФП подключается параллельно С_МДП. На этапе накопления емкость С_МДП разряжается за счет протекающего через ФП тока. Считывание заряда осуществляется опять же подачей отрицательного потенциала на полевые электроды входного транзистора коммутатора. При этом происходит дозаряд С_МДП, а протекающий в цепи С_МДП-Д-С_ПЗС заряд, являющийся оптимальным, выносится считывающим регистром ПЗС. Следует подчеркнуть, что работоспособность предлагаемой конструкции обеспечивается при любом сочетании типов проводимости материалов фотоприемников и ПЗС коммутатора.

Считывание заряда происходит за время, определяемое величиной R_дС_МДП, где R_д динамическое сопротивление диода, которое на много порядков меньше величины Т/eI_ф сопротивление входного диода при обычном стационарном вводе заряда методом прямой инжекции (I_ф фототок в стационарном режиме). В результате коэффициент инжекции заряда в коммутатор, определяемый как
(где R_фп сопротивление фотоприемника,
f_o= (R-1фп

На фиг. 3 приведена зависимость выходного сигнала ГФС от частоты модуляции излучения для прототипа, для прибора с фотоприемниками в виде МДП схем и для прибора с фотоприемниками в виде МДП структур с дополнительным низкоомным слоем полупроводника с диэлектриком.

Наиболее широким частотным диапазоном обладают приборы с активными элементами, фотоприемниками в виде МДП структур с дополнительным низкоомным слоем полупроводника с диэлектриком. Следует отметить, что для обоих вариантов приборов толщина диэлектрика (SiO₂) не превышает 0,15 мкм, т.е. реализуется стандартная для МДП активных элементов толщина диэлектрика.

Существенное отличие предложенного технического решения от известного заключается в том, что добавляя накопительный элемент к фотоприемникам линейки удается улучшить частотные характеристики всей схемы.

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения заключается в том, что незначительное изменение конструкции устройства позволяет улучшить одну из основных выходных характеристик устройства частотные характеристики.

Экономическая эффективность предложения заключается в повышении качества выхода годных приборов с улучшенными частотными характеристиками.

Применение: изобретение относится к области электронной техники, в частности к оптоэлектронике. Сущность изобретения: фотоприемники многоэлементного фотоприемного устройства дополняются накапливающим заряд элементом, в частности МДП структурой или МДП структурой с низкоомным слоем полупроводника, под слоем диэлектрика. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ГИБРИДНЫЙ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий линейку фотоприемников, многовходовой ПЗС коммутатор, каждый вход которого электрически связан с соответствующим фотоприемником линейки, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона рабочих частот, каждый фотоприемник линейки снабжен дополнительным накопительным элементом. 2. Фотопреобразователь по п. 1, отличающийся тем, что накопительный элемент выполнен в виде структуры металл диэлектрик полупроводник. 3. Фотопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что в полупроводнике под слоем диэлектрика расположена низкоомная область.