Полупроводниковый фотоприемник Советский патент 1977 года по МПК H01L31/10 

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТО ПРИЕМНИК

1

Изобретение относится к области оптоэлектроники, в частности к устройствам оптической обработки информации и может б быть использовано при построении твердотных, фотоэлектрических преобразователей, работающих в режиме накопления заряда (в режиме интегрирования светового потока).

Известны фотоприемники, реализуюшие режим интегрирования светового потока, в которых световая энергия накапливается в виде энергии зарядов, стекающих с емкости накопителя, а полезный сигнал определяется током дозаряда этой емкости при повторной подаче опрашива« щего импульса. К полупроводниковым приборам такого типа относятся два включенных один навстречу другому диода, биполярные и МДП-фототранзисторы .Lll

Фотоприемник, реализующий режим ин- тегрированля светового потока, имеет конструкцию, которая выбрана за прототип и выполнена на исходной пластине vf -типа с р -областью, в которой образован

диод-ключ, соединенный через контакт с ге, нератором прямоугольных импульсов 2 .

Однако в таком приборе имеет место значительный по величине (порядка иесколгтК цс десятых долей вольта) сигнал помахи, связанный с прохонсдением опрашивающего импульса на выход затемненного прибора через емкость накопителя и емкость ключа. Наличие этого сигнала приводит к снижению пороговой фоточувствительностн, отношения nojie3Horo сигнала к сигналу помахи по сравнению с фотоприемниками, работающими в режиме мгновенной фотопроводимости. Разделение этих сигналов представляет значительные трудности, так как они имеют одну и ту же частоту следования. Возможное увеличение полезтюго сигнала при подаче на емкость накопителя большего напряжения не приводит к увеличению этого отношения, так как одновременно с полезным сигналом увеличивается сигнал помехи.

Цель изобретения - улучшение пороговой фоточувствительности и одновременно увеличение отношения полезного сигнала к сигналу помехи к-пя фотоприемника, а также обеспе-юкке воэгулажнсюти регулирования пареметроБ. . В предлагаемом полупроводниковом фотоприемникэ это достигается тем. что в, ri -области создается два контакта, один из которьк р -диффузионной областью, причем ширина области П -типа, находящейся м&хсду р -.областями, не боль ше двойной обедненной области р - и перехода, образованного rf - областью и диффузионной областью р - типа. На фиг. 1 показана структура предла гаемого прибора; на фиг. 2 - эпюры опрашиваюшнх импульсов (а) и выходного напряжения в случае освещенного (б) и в случае затемненного (в) прибора. Прибор состоит КЗ р -диффузионной области 1, в которой образован канал 2 п -типа. Для создания к каналу омичесioci контактоЕ;формируется; К -слой 3 с металлическими контактами 4. В р -диффу аионной области форм.ируется -р- я-переход 5, существенно меньшей площади и выполняющий роль ключа. Этот переход чере металлический контакт соединен с генератором прямоугольных и.шyльcoв 6. Канал 2 одним концом подсоединен к нулевой .шике, а другим через сопротивление на- rpy3Eif 7 х источнику питания 8. Прибор работает спецуюшкм образом. Ни, диод 5 подаетсЕ клтульс отридател ной пачярнс сти, смещающий его в прямом н.-щзрай-леяли. При этом р -- п - переход, .образовакньгй ; р -диффузионной облайтью 1 я п -каналом 2,- смещается в с/братном направлении. Это приводит к рас дшренаю обедненной -области 9 этого р Ч -перехода, что вызывает модуляцию сечения хаиала и изменение его сопротивленн5г. Еспк a шлнтyдa И шульса достаточная для полного смыкания обедненных облас1 й, 1го сопротивление канала резко возрастает и ток, протекающий через кана падает практически до нуля. После окончания действия импульса, (что эквивалентно подаче нулевого потенциала на п -обла 3), оба р -( -перехода оказываются смещенными в обратном направлении, так что сужение обедненной области может пр исходить та1ько за счет разряда емкости р- П -перехода обратным током. По мере сужений обедненной области проводимость канала увеличивается, так что к моменту пёдачн с:леду; э,щегч- им гульса через прибор протекает ток отличный от нуля. Если прибор затемнен, то изменение сопротивле ния ка;1ала ггроисходит в течение довольно длительного времени (порядка неско.шких миллисекунд). 8 этом случае, если повторная подача импульса произойдет через время, существенно меньшее времени этс/го изменения, сопротивление канала не успевает существенно измениться и сигнал Н. выходе будет по-прежнему близок к нулю. Если прибор осветить, то носители, генерируемые светом в объеме полупроводника, достигая р - П - перехода, образуют фототок, который наряду с обратным током, вызывает ,допо;шительное сужение обедненной области р - ц - перехода. Это приводит к тому, что за время меж, ду опрашивающими импульсами сопротивление каналу значительно падает и при повторном опросе на выходе приемника появляется большой по амплитуде сигнал. Так как изменение сечения канала зависит не только от величины фототока, но и от. времени, в течение которого это сужение продолжается, амплитуда выходного сигнала, определяемая сопротивлением канала в момент опроса прибора, пропорциональна ;, как освещенности прибора, так и времени, в течение которого прибор освещается. В зависимости от величины опрашивающего импульса возможны три случая работы прибора. Когда амплитуда опрашивающего и myльca такова, что обратный ток пере- .хода за время между опрашивающими импульсами приводит к размыканию обедненных областей р - п -перехода. Для этого случая характерным является то, что на выходе затемненного/ прибора существует сигнал помехи, который может достигатьзначительной величины. В этом случае сколь угодно малое приращение освещенности прибора приводит к увеличению выходного сигнала, т.е. большой пороговой чувствительности прибора.,. По мере увеличения напряжения опрашивающего ишхульса pa3NtbiKaH:a обедненных областей за счет обратного тока перехода становится менее существенным и при определенном напряжении за время между опрашивающими и шyльcaми канал оказывается на границе размыкания. При этом амплитуда сигнала помехи определяется сопротивлением канала при полностью сомкнутых обедненнь1х областях и имеет минимальную величину при пороговой чувствительности той же величины, что и в первом случае. Дальнейшее увеличение амплитуды опрашивающего импульса приводит к тому, что на емкости р - п - перехода накапливается такой заряд, уменьшение которого за счет разряда емкости обратным током не приводит к наведению канала. В этом случае только наличие iieKOTOijoro t)OTOTO- ка приведет к размыканию обсднапных об- пастей. Величина освещенности, соответствующая этому фототоку, определяет минимальную освещенность, на которую будет реагировать фотоприемник. При этом отнош ние максимального полезного сигнала к сиг налу помехи будет наибольшим и для кремниевых приборов может составлять величину . Таким образом, полупроводниковый фото приемник позволяет реализовать режим интегрирования светового потока, увеличив при этом , на 2-3 порядка отношение полезного сигнала к сигналу помехи и улучшив его пороговую чувствительность по сравнению с существующими в настоящее время полупроводниковыми фотоприемниками с накоплением заряда. Кроме того, о позволяет плавно и в большах пределах изменять эти фотоэлектрические параметры приемника путем изменения аьшлитуды опрашивающих импульсов. Прибор может быть изготовлен по стандартной планарной технологии производства интегральных схем. Формула изобретеу ия Полупроводниковый фотоприемник с накоплением заряда, выполненный на исходной пластине п -типа с р -областью, в которой образован диод-ключ соединенный через контакт с генератором прямоугольных импульсов, отличающийся тем, ;что, с целью улучшения пороговой чувствительности и одновременно увеличения от- ношения полезного сигнала к сигналу по1мехи, а также обеспечения возмЪжности :регулирования этих параметров, п -область вьшолнена с двумя контактами, один из которых окружен р -ди4к{)узионной областью, причем ширина области п -типа, находящейся между р -областями, не больше двойной обедненной области р - п перехода, образованного п -областью и диффузионной областью р -типа. Источники информации, принятые во внимание при , экспертизе; 1. Е f П ic5 , 40, may 1, p. 75, 1967. .oH d-5tate i tslsc-a,№ 3, ,p. 65, 1967.

uH/nftpupo8onuj Tia« Bf 9f«JI 9/rpOCtf Tf