Преобразователь электромагнитного излучения в электрических сигнал Советский патент 1985 года по МПК H01L31/04 

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, регист рируюи;их оптические сигналы и изоб ражения, и может быть использовано в оптоэлектронике. Известны преобразователи электр магнитного излучения в электрический сигнал на основе гетеропереходов lj . Приборы, создаваемые на их осно решают задачу прямого преобразования падающего на них электромагнит ного излучения в электрический ток и не позволяют регистрировать пространственную структуру проецируемого на них поверхность оптичес кого изображения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь электромагнитного излучения в электрический сигнал, выполненный на основе двух полупроводников с различными ширинами запрещенных зон, образующих запорный контакт для носителей тока одного знака 2j . Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет производить регистрацию пространственной структуры оптического изо ражения. Связано это с тем, что но сители тока, образующиеся под действием регистрируемого излучения в узкозонном полупроводнике и попадающие затем в слой широкозонного полупроводника, перераспределяются в плоскости гетероперехода вследствие диффузии, так что контрастного, потенциального рельефа, сохраняющегося в течение времени, необходимого для его считывания, не образуется. Целью изобретения является обеспечение записывания оптического изображения путем его преобразования в потенциальный рельеф. Для достижения поставленной цели в предложенном преобразовател широкозонный полупроводник выполне толщиной не более 5 мм и содержит примеси или дефекты в таком количестве, что для носителей тока противоположного знака образован запорный контакт, и центры захвата носителей тока в количестве не менее 10 см . Фотоносители, попадающие в этот слой из слоя узкозонного полупрово 72 ника, захватываются на эти центры, образуя потенциальный рельеф, соответствующий проецируемому изображению. Концентрация центров захвата должна быть не менее 10 см для получения необходимого контраста потенционального рельефа. Дня того чтобы не происходило паразитного заполнения центров захвата темновыми инжекционными токами, на границе полупроводниковых слоев образованы запорные контакты для носителей тока обоих знаков, что достигается, например, очищением широкозонного слоя от легирующих примесей или их компенсацией. Толш;ина слоя широкозонного полупроводника должна быть не более 5 мкм для получения эффективной модуляции приповерхностной области узкозонного полупроводника, необходимой для последующего преобразования потенциального рельефа в электрический сигнал. На чертеже показана зонная диаграмма. Полупрозрачный контакт 1 выполнен к широкозонному полупроводнику 2, а к узкозонному полупроводнику 3 осуществлен омический контакт 4, При попадании на гетеропереход со стороны полупрозрачного контакта регистрируемого излучения с энергией фотонов, превышающей, например, высоту барьера валентная зона узкозонного полупроводника - зона проводимости широкозонного полупроводника Ef в зоне проводимости узкозонного полупроводника возникают носители тока - электроны с энергией, достаточной для того, чтобы, преодолев этот энергетический барьер, попасть в зону проводимости широкозонного полупроводника. Часть этих электронов захватывается центрами захвата в слое широкозонного полупроводника, создавая на освешенном участке встречный отрицательный заряд на время, достаточное, по крайней мере, для однократного считывания потенциального рельефа, соответствующего спроецированному изображению. ,я считывания потенциального рельефа без его разрушения можно использовать, например, сканирующий на поверхности преобразователя сфокусированный световой луч с энергией фотонов, лежащий в пределах lE Ett, Eg,где лЕ - ширина запрещен ной зоны узкозонного полупроводника. При этом в месте нахождения считывающего светового пятна в приповерхностной области узкозонного полупроводника возникают электронно дырочные пары. Если на данном участ ке существует встроенный отрицатель ный заряд в широкозонном полупровод инке, а следовательно,и приповерхностный изгиб зон узкозонного полупроводника, то электронно-дырочные пары разделяются в поверхностном электрическом поле, в результате возникает так называемая приповерхностная фотоЭДС Umj которую можно регистрировать. На участке преобразователя, где отрицательный заряд отсутствует, наличие электронно-дырочных пар, генерируемых считывающим светом, не приводит к возникновению фотосигнала вследствие отсутствия приповерхностного электрического поля в узксзонном полупроводни ке. Осуществив развертку светового луча одновременно и по Y координате, подав на яркостньм электрод электронно-лучевой трубки усиленный видеосигнал и синхронизировав развертку электронного и светового лу74чей, можно визуализовать потенциальньй рельеф, записанный на гетеропереходе в видемое изображение на люминесцентном экране. Стирание потенциального рельефа можно осуществлять различными способами, например, используя термостимулированное опустошение центров захвата или применяя фотовозбуждение захваченных носителей тока. Кроме того, для стирания можно использовать эмиссию в слой широкозонного полупроводника носителей тока противоположного знака (в рассмотренном случае дырок) или собственную фотопроводимость широкозонного полупроводника. В качестве примера гетеропереходов, реализующих преобразование оптического изображения в электрический сигнал, можно назвать, например Ge-ZnSe, JnSb-CdTe и Ge-GaSb. В устройстве на основе Ge-ZnSe была получена чувствительность к регистрируемому излучению до 10 дж/см, пространственное разрешение не хуже 15 мкм, время сохранения записанной световой информации не менее суток при комнатной температуре, спектральная чувствительность 0,2-1 мкм.

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, вьтолненный на основе двух полупроводников с различными ширинами запрещенных зон, образующих запорный контакт для носителей тока одного знака, отличающийся тем, что, с целью обеспечения записывания оптического изображения путем его преобразования в потенциальный рельеф, слой широкозонного полупроводника выполнен толщиной не более 5 мкм и содержит примеси или дефекты в таком § количестве, что для носителей тока противоположного знака образован сл запорный контакт, и центры захвата носителей тока в количестве не менее 10 см . ы с