Детектор линейно-поляризованного излучения Советский патент 1980 года по МПК H01L31/04 G01T1/24 

ЛФД-2 и для фототранзисторов ФТ-1, ФТ-2, изготовленных на кристаллах германия и кремния, в паспортных данных также фигурируют такие параметры, как спектральная чувствительность, интегральная чувствительность, рабочее напрял ение, коэффициенты усиления, умножения и т. д. Какие-либо указания о возможностях их использования для детектирования поляризованного излучения отсутствуют {3. Таким образом, недостатком существующих фотоэлектрических приемников из изотропных как кристаллических, так и аморфных полупроводников является их нечувствительность к линейной поляризации электромагнитного излучения. Известен также фотоприемник, чувствительный к линейной поляризации электромагнитного излучения 4. Такой фотоприемник изготовлен на основе ориентированного полупроводникового оптически анизотропного монокристалла, например CdGeP2, или других анизотропных полупроводников типа И-IV- Ya и содержит энергетический барьер. Величина фотонапряжения на контактах фотоприемника зависит от поляризации , ,,- ; света, например, для СаОеРг при фотонапряжение максимально, при ЕА.С фотонапряжение минимально (Е - электрический вектор светового излучения; Сединичный вектор вдоль оптической оси монокристалла). Недостатками такого фотоприемника являются больщая стоимость исходного материала, получаемого пока только в лабораторных условиях; малые размеры получаемых монокр исталлов и необходимость в трудоемкой ориентации каждого из. них; невозможность осуществления маесового производства приборов, вследствие недостаточной разработки технологии выращивания анизотропных полупроводниковых материалов; ограниченная спектральная область поляризационной чувствительности фотоприемника; непостоянство степени поляризационной чувствительности и невозможность ее изменения при различных длинах волн излучения. С целью получения нового типа детекторов ЛПИ в качестве детекторов ЛПИ используют известные фотоприемники на основе изотропных кристаллических и аморфных полупроводников (например. Si, Ge, CraAs, CdTe, твердых раствЬров на их основе халькоген/дных стеклообразных полупроводников и др.), которые производятся промышленностью в широких масштабах. В основу предлагаемого изобретения положено известное явление анизотропии отражения электромагнитной волны, возникающей при наклонном падении луча на поверхность изотропного материала. Явление состоит в том, что излучение с направ„ ...« Р°магнитной волны, перпендикулярным плоскости падения, при (, 1, где л и «о - показатели преломления изотропного материала и воздуха, соответственно, отража , чем излучение с направлением Е, параллельным плоскости падения. Поэтому в изотропном материале сильнее поглощается волна с направлением , параллельным плоскости падения луча, чем с Е, перпендикулярным плоскости падения. Установлено, что концентрация генерированных в изотропном материале носителей заряда в результате анизотропии поглощения оказывается зависящей от линейной ноляризации падающей волны. По этой причине фотоответ, наведенный электромагнитным излучением в изотропном однородном материале либо в барьерной структуре на его основе нозволяет непосредственно анализировать Jliln, поскольку фотоответ пропорционален концентрации генерированных в материале носителей заряда На фиг. 1 показано расположение фотоприемника по отношению к падающему излучению; на фиг. 2 - азимутальное рас ределение фотоответа {фотонапряжения, фототока) фотоприемника при изменении направления плоскости поляризации направления плоскости поляризации по отнощению к плоскости падения излучения; на фиг. 3 - угловое распределение степени поляризационной чувствительнрДетектор ЛПИ (фиг. 1), например, вслу применения фоторезистора, представj Q пластину 1 из изотропного полупроводникового материала с двумя элек рическими контактами 2. Рабочая поверхность пластины 1 расположена под углом а к направлению падения излучения. Применение фотоприемников в качестве детекторов ЛПИ осуществляется при расположений их работеГповерхности под к направлению падения излучения. Излучение с направлением электрического вектора Е, параллельным к плоскости падения XOZ луча (фиг. 1) создает фотоответ, больший по величине, . „ излучение с E±XOZ. При изменении направления плоскости поляризации падаLTl ... ./ГГ7. фотоприемника изменяется по закону (см. фиг. 2): ф ((р) : ф II Cos «р + Oj. sin р, - где ф - угол между Е и OZ, Ф|1 и Ф -значения фотоответа при E//OZ и , соответственно. Степень поляризационной чувствительности Р, как было установлено авторами . заявки, зависит от угла наклона а, коэффициента преломления п изотропного полупроводникового материала и описывается выражением (см. фиг. 3): РМ - /дг - - л COS а V «2-Sina + «COS а Как было установлено, величина Р (а) практически постоянна во всем диапазоне 15 чувствительности фотоприемника и может быть плавно изменена простым поворотом фотоприемника на угол а. Примеры детекторов ЛПИ. Для детектирования ЛПИ в лаборато- 20 рии физико-химических свойств полупроводНИКОВ ФТИ АН ССР им. А. Ф. Иоффе применялись следуюш,ие фотоприемники: а) кремниевый фотодиод ФД-3 в бескорпусном варианте (область спектральной 25 чувствительности 1,0-1,7 эВ); б) фотосопротивление на основе п - CdTe (область спектральной чувствительности 1,4- 2,0 эВ); в) гетерофотоэлемент на основе твердого раствора в системе А1 - Ga - As 30 (область спектральной чувствительности 1,3-2,7 эВ). Степень поляризационной чувствительности для таких фотоприемникцв достигает 50-60%. При оптимальных углах наклона а 60-70° степень поляри- 35 зационной чувствительности фотоприемников была высокой и лежала в диапазоне р 30-40%. Паряду с этим фотоприемники по предлагаемому изобретению позволяют детек- 40 тировать ЛПИ в спектральной области от 7-лучей до СВЧ-диапазона. Так, например, фотоприемники из кремния и германия детектируют ЛПИ в оптическом и рентгеновском диапазонах, а фотоприемники на 45 основе Si и CdTe - ядерное у-излучение. Важно заметить, что применение детекторов ЛПИ в рентгеновской и ядерной областях спектра является актуальнейшей задачей, поскольку в настояшее время вооб- 50 ше не суш,ествует детекторов ЛПИ на эти области спектра, а потребность в них очень велика. Применение известных фотбприемников на основе изотропных полупроводниковых 55 материалов в качестве детекторов ЛПИ стало возможным благодаря обнаруженной авторами зависимости степени поляризационной чувствительности фотоприемников от угла наклона рабочей поверхности по 60 отношению к нлоскости падения излучения. 10 Предложение иснользовать известные фотонриемники на основе изотропных полупроводниковых материалов в качестве значительные пре« УЩества, так как не требует каких-либо изменений в конструкции выпускаемых промышленностью фотоприемников, производство которых налажено в широких масштабах. Кроме того, применение таких детекторов повышает относительно существуюш,их следуюшие физические параметры: расширяет диапазон поляризационной чувствительности; увеличивает степень поляризационной чувствительности и обеспечивает ее постоянство по спектру; дает возможность целенаправленно и просто изменять степень поляризационной чувствительности фотоприемников. Основное значение предлагаемого изобретения состоит в том, что его применение дает возможность использовать известные и широко выпускаемые промышленностью типы фотоприемников в совершенно новой для них функции. Экономический эффект от применения фотоприемников на основе изотропных полупроводниковых материалов в качестве детекторов ЛПИ связан с количеством выпускаемых промышленностью приборов этого типа и потребностями науки и различных отраслей народного хозяйства в предлагаемых детекторах. Поскольку применение предлагаемого изобретения позволит значительно улучшить и расширить функциональные возможности как экспериментальных, так и выпускаемых промышленностью приборов и систем, используюш;их ЛПИ, экономия от его внедрения должна быть велика. По ориентировочным оценкам эта экономия может достичь 5-10 млн. руб. Формула изобретения Применение фотоприемника на основе изотропного полупроводникового материала в качестве детектора линейно-поляризованного излучения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Шайв Дж. П. Физические свойства и конструкции полупроводниковых приборов. М., Госэнергоиздат, 1963, с. 171-217. 2.Коломиец Б. Т. Фотосопротивление, Л., 1956, с. 9. 3.Мосс Т. и др. Полупроводниковая оптоэлектроника. М., «Мир, 1976, с. 281 - 399. 4.Авторское свидетельство СССР Яо 516321, кл. Н 01 L 31/00, 1976.

иг.1

Ф

tli

JL

у,град

90ISO

fuz-i

п-1

-SO

+ 50 «:,a;:-,i