Способ считывания сигнала с полупроводникового фотоприемника на р-п переходах Советский патент 1977 года по МПК G11C11/34 

Изобретение относится к оптоэлек тронике и может быть использовано, например, в голографических ЗУ с полу(Проводниковшл фотоприемником, имеющим, по крайней мере, один р-п-переход и конденсатор или хотя бы два ;встречно включенных р-п -перехода, способных хранить на барьерных емкостях эапирающий заряд (фотодиод с развязывающим диодом, фототранзистор и др.). Известен способ считывания с фото транзистора,работающего в режиме накопления заряда, путем его освещения и подачи импульсанапряжения считывав НИН на его коллектор 1. Его недостатком является больШай-. величина йвпряжения и тЪка ийг1УЯь«;о59 считайаиия Наиболее по, технической сущности к ii6o6pefейий является сйособ сч итырания сигнала ,о полупр 5водй 1 кового фотоприемника на - переходах, основанный на-облучении и подаче ймпульсй считывания через р-п -переход 12. НедостаткоМ этого способа яв|1яетсн большая постоянная временн.( -1 мсек) реакции на слабый световой сигнал, обусловленная нелинейностью вольт-ам перной характеристики (ВАХ) эмиттерн з го перехода. Это приводит,в частности Кухудшени,) фоточувствнтельностнЗ itiw Р ннзкой знергии излучения и высокой частоте считывания , когда V VT Cjf fA . еб & Jo f О выходйой Ц,,.4«0,6 wf - фототек, Лг - теми OB ой ток 10-I о А/см 2Ci - суммарная емкость п -пёреoд pв71 - 26 мВ -термический потенциал toj,tu -длительности импульсов света и считывания. Оптозлектронные системы обработки Информации требуют от фотоприемника выёойвй Ф эточувствительности(& 10 tЮ дж/эл,) при высоком ейлстродейстйИиtfi 10 ,fц) . Эти требования не удовлетворяйотся, при Изйёстных способах счй- ывания сигнала с указанных фотоприемников . Целы изобретення является повыше ние быстродействия фотоприемника. Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу уменьшар ют заряд барьерных емкостей i6 - rt-перехода и ;|1одают дополнительный ямпульс

c4HtfcjBaHHH через -переход a также тем, что заряд барьерной емкости fs перехода уменьшают введением основных носителей в область -р-й -перехода, иi,Дополнительным облучением фотоприемника.

На чертеже дана схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит интегральный двухэмиттерный п-р-п -транзистор 1 выполненный на р-подложке 2, области; З-б которого облучаются детектируемьЛи светом или иным излучением 7, Генерирующим неосновные носители. Эмиттер 6 транзистора подключен к генератор 8 импульсов напряжения считывания 9, подложка 2 - к Генератору 10 напряжения смещения 11, коллектор 4 - к источнику 12 постоянного напряжения, а эмиттер 5 - к усилите тю считывания 13.

Известный способ реализуется на схеме, являющейся частью схемы, описанной выше.

По известному способу считывание производится импульЬом 9. Этот импульс заряжает барьерную емкость (койденсг/тор 15) через эмиттерный переход 5. одной из обкладок конденсатора 15.

оборванная

база 3, споявляется

собная хранить отрицательный заряд. Если импульс достаточно 5лйтeлeH и многократно повторяется с периодом, много меньшим постоянной времени рас(сасывания заряда через течки Обратно смещенных р-п -переходов, то в темно те ток 14 зарядки и напряжение на эмиттерном переходе 5 во время деист ия импульса считывания постоянно ;уменьшаются до нуля. В паузах между импульсами заряд, }{раня1да10ся на базе 3, создает отрицательный потенциал, смещающий эмиттерный переход 5 в за.порном направлении. Под действием изЛучения 7 заряд и отрицательный по тенциал на базе. 3 уменьшаются наuQ и AV . в результате после освещения импульс 9 смещает эмиттерный переход 5 в прямом направлении на uV (дУ пропоционально лучистой энергии).

Этот импульс восполняет заряд кон;Денсатора 15 через эмиттерный переход :5. Ток через этот переход, усиленный в J) раз, является током 14 регистрации. Он тем больше, чем больше эмиттерный переход 5 смещен в прямом навправлении, т.е. чем больше uV , а,, слдовательно, идО. Из-за нелинейности . ВАХ р-п -перехода считываемый сигнал (ток 14) зависит от принятой лучистой энергии нелинейно. При этом сильно меняется и постоянная времени изменения тока 14 (от до 10 сек). Таким Образом, при малых лучистых энергиях, когда дУ меньше термического потенциала (для Si фф 26.м6 ) , инерционность приемника очень велика, и один

импульс считывания н4 восполняет требуемый для равновесия заряд.В общем случае прялке смещение эмиттерного перехода AVj при действии импульса 9 складывается из нескольких составляющих, вызываемых излучениемuV ,темН новым током утечки лУ , остаточным /напряжением, сохранившимся на конденсаторе 15 от предБЩущих считываний . дУо ; (дУэ « aV +дЛ н-дУд ) . Для выхода на малые постоянные времени необходимо, чтобы дУэ превосходило напряжение отпирания р-п -перехода . (Фо 0,5В ). Однако AV при малых лучистых энергиях близко к нулю, дУ мало, поэтому существенную роль играЬ ет результат интегрирования дУ преды дущих считываний, т.е. результат зна|чительной инерционности. Грубую оценку числа периодов считывания, затрачиваемых на переходный процесс при переключении, дает отношение

По предлагаемому способу для устра.нения указанной нелинейной зависимое. ти и связанной с ней боль;шо;й. инерционности уменьшают запирающий;.заряд конденсатора 15;/ увеличивая потенциал базы 3 .в прямом направления на величрну, большую чем термический потенциал 26 и& (.большого сигнала После уменйаения- запирающего заряда независимо от резуль.т-.атов предыдущих считываний рабочая точка выйодится в область больших токов. Но при болы ших предыдущих заев ет к ах возможен в режимнасыщения, когда уничтожается весь запирающий заряд, внесен«ный импульсом считывания, и фотоприемник становится нечувствительным к излучению. Для внесения запирающего заряда в базу 3 и обеспечения стациог арных начальных условий, когда рабочая точка выведена в область. ВАК

р-п -перехода, подают дополнительный импульс считывания 16, Уменьшение аЬ пирающего заряда конденсатора 15 осу ществляют током основных носителей

(дырок) из областей прибора в оЬласт

р -я -перехода, хранящую запирающий заряд ;(в базу 3). Ток основных носителей может возбуждаться до по л ни те ль ) ным излучением 17, нагревом или дрполнительйым р-п -переходо.м ;(области 2-4.) .под Действием н;апряжения смещения 11. Таким образом| дополиительный введенньгй заряд и дополнительный импульс считывания 17 обеспечивают режим, аналогичный режиму воздействий и считывания больших лучистых энергиф Этот режим большого сигнала задает стационарные начальные условия и малую инерционность фотоприемника независимо от детектируемой лучистой энергии.

Предлагаемый способ увеличивает быстродействие полупроводниковых высо

кочувствительных фотоприемников на р-п -переходах,- работающих в режиме накопления заряда, на 3-4 порядка, 4to позволяет использовать их в &лстродевствующих системах обработки оптической информации (например, в голографаяеском ЗУ) вместо дорог6ст6япе1х и не надежных элeктpooпfичecкиx приборов.

Формула изобретения

1.Способ считывания сигнала с полу троводникрвого фотощзкемника на - П ререходах оено&ай ййй на облучении и подаче ймпуА&са .счйтыйаймя через р -п переход, о т ли ч а и ы и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, пеньшают заряд :барьёрных емкостей - .

-п -перехода и подают дополнительнйт Импульс считывания через р-п -переход.

2 .Способ по п.1, отличающий с я тем, что заряд барьерных (емкостей JB-« -перехода уменьшают ввй.дением основных носителей в область jo-и -перехода.

3.Способ по п.1,отличаю М и и с я тем, что заряд барьерных ёмкостей р-п -перехода уменьшают до полнительн облучением фотоприемника.

Источники информации, принятые вс :внимание при экспертизе:

1.3еЕ1Т тап5 оя ECecttK fi B vices voC,.EI)-l5,fc4, 1968 г.

2. TSEE of SoCid Stote Cif4:uiti

т V 7. 5, 1972, p.411.

ПЛ

f HI