Фотогальваномагнитный датчик Советский патент 1986 года по МПК H01L31/08 H01L43/00 

ш: Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к полупроводниковьм приемникам излучения. Известны полупроводниковые прием ники- излучения, например фоторезисторы, представляющие собой полупроводниковую пластину с контактами, сопротивление которой зависит от ос вещенности,. Наиболее близким техническим решением к изобретению является фотогальваномагнитный приемник излучени представляющий собой пластину из полупроводникового материала с контактами, помещенную в магнитное поле. При освещении поверхности пласт ны излучением, распространяющимся перпендикулярно направлению магнитного поля, в пластине возникает 31 направлении, перпендикулярном направлению распространения света и н правлению .магнитного поля, Фотогальваномагнитные приемники являются неселективными, так как их спектральная характеристика имеет вид кривой с максимумом. Вследствие этого их функциональные возможности ограничены, в частности данные при емники не могут служить твердотель ными спектрометрами излучения, Цель изобретения - расширить фу циональные возможности фотогальван магнитного датчика, Цель достигается тем, что фотогальваномагнитный датчик вьшолнен на основе варизонного полупроводни ка с градиентом ширины запрещенной зоны, направленным к освещаемой по верхности, а контакты расположены в плоскости, перпендикулярной напр лению градиента, С целью управления величиной и знаком фотоответа, градиент ширины запрещенной зоны VEa выбран из условияПри освещении пластины полупроводника (например п-типа), помещенной в магнитное поле, со стороны широкозонной области на контактах, расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению изменения ширины запрещенной зоны, возникает фотомагнитная ЭДС, Использование в качестве фотогальваномагнитноГЬ датчика пластины полупроводника с переменной шириной запрещенной зоны расширяет функциональные возможности датчика, поскольку в этом случае амплитуда и знак фотомагнитной ЭДС зависят от длины волны падающего света. Действительно, при варизонной структуре датчика свет разных частот поглощается в разных точках полупроводниковой пластины. Так, например, свет с энергией фотонов hu)i 5 Ego ( - максимальная ширина запрещенной зоны полупроводниковой пластины у передней, т,е, освещаемой грани пластины) поглощается у передней грани, В свою очередь, свет с энергией фотонов h u)2 Ео(, (EQL - минимальная ширина запрещенной зоны полупроводниковой пластины у задней грани плас.тины) проходит через пластину и пог-: яощается у задней грани. При опреде™ ленных условиях зто приводит к тому, что величина фотоответа монотоннозависит от частоты света, причем фотоотклик меняет знак при некоторой частоте света Оо ,o Данные условия реализуются,если градиент ширины запрещенной зоны выбран следующим образом: 4Ео| В этом случае при освещении пластины светом с энергией фотонов hOd и ht направление диффузионных фототоков взаимно противоположное. Следовательно, и знак фотоэдс, определяемый силой Лорентца, будет различным в этих граничных случаях. Амплитуда фотоэдс при hO и h( будут также о.тличаться по абсолютной величине, поскольку существующее внутреннее поле варизонной структуры по разному влияет на диффузионные потоки от передней и задней граней, В первом случае направление дрейфа в поле структуры совпадает с направлением диффузии, и способствует ей, во втором - тормозит диффузию. При слабых полях (Е кТ/Ь ) влиянием дрейфа на диффузионные процессы можно пренебречь.. Тогда при освещении пластины светом с частотой и)о (h (Д

L)

Eo-fvEcj

при которой поглощение 2 происходит около центра пластины, величина фотоэдс равна нулю, так как диффузионные токи к противоположным граням образца равны. .Это означает, что спектральная характеристика предлагаемого приемника име ет вид кривой, проходящей через нул I По мере увеличения градиента шири ны запрещенной зоны влияние дрейфа на движение носителей увеличивается и нулевая точка будет перемещаться по оси частот. При УЕо 2кТ/Ь влияние дрейфа станет преобладающим, и носители, образованные светом с частотой hu)2, E,JL не будут давать существенного вклада в фотоздс знак фотоэдс при изменении длины вол ны падающего света не изменится. С другой стороны, при очень малом градиенте ширины запрещенной зоны свет с частотой h 2 Ео, будет в основном поглощаться в толще полупроводника и не дойдет до задней грани . образца. Согласно правилу Урбаха, коэффициент поглощения d. полупроводника при hO ;6 Епд определяется следу ющим образом: с о(оехр(),

где о/о- коэффициент поглощения при

hu Е

. f 3. &-0,01 эв. Следовательно, градиент ширины запрещенной зоны, при котором свет с частотой |hU)E(jL будет доходить до задней трани образца, определится из условия d hvEq, где h толщина пласти1

ны. Следовательно, градиент запрещенной зоны ограничен сверху и сниСjf ф - - dE j :2---, тогда спектральная характеристика фотогальваномагнитного датчика будет иметь вид монотонной кривой, проходящей через нуль. Таким образом, предлагаемый фотогальваномагнитный датчик обладает большими функциональными возможностями, нежели прототип. В частности, монотонная зависимость спектральной чувствительности от частоты света позволяет использовать его как спектрометр, а изменение знака фотоотклика при переходе через граничную частоту дает возможность использовать его для автоматического приема строго монохроматического излучения. При этом выбором величины Еп()(т.е. состава твердого раствора или материала полупроводника) у освещаемой стороны пластины фотогальваномагнитного датчика можно в широком интервале изменять частоту, при которой фотоотклик меняет знак. Следовательно, возможно создание фотогальваномагнитного датчика на заранее заданную частоту света.

1. ФОТОГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ' ДАТЧИК, представляющий собой пластину полупроводника с контактами, помещенную в магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных Возможностей, он выполнен на основе варизон- ного полупроводника с градиентом ширины запрещенной зоны, направленным к освещаемой поверхности, а контакты расположены в плоскости, перпендикулярной направлению градиента.2. Датчик по п. 1, отлича ю- щ и и с я тем, что, с целью управления величиной и знаком фотоответа,градиент ширины запрещенной зоны vEq выбран из условия:-|-< IvEgl < -f-кТ,где &- 0,01 эЪ1d - толщина пластины^ L - диффузионная длина неосновных носителей; к - постоянная Больцмана*, Т - температура.i(Лс1^NAи*^^Од О Ф ^ •^сл