Фотоэлектрический преобразова-ТЕль Советский патент 1981 года по МПК G11C11/42 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в быстродействующих системах обработки оптической информации, в частности в голографических запоминающих устройствах. Известны фотоэлектрические полупроводниковые преобразователи на фотодиодах l и 2 . Их недостатками явля1 тся низкая пороговая фоточувствительность (10 Дж/элемент) и низкое быстродействие.. Известен фбтоэлектрический полупроводниковый преобразователь, представляющий собой интегральную матрицу, ячейка которой имеет двухэмиттерный фототранзистор. Однотипные эмиттеры транзисторов ячеек соединены взаимно перпендикулярными шинамиг 3. Недостатком этого фотопреобразователя является длительный переходный процесс при переключении слабых световых сигналов (много более 1 мкс В результате, на высоких .частотги это устройство не позволяет реализовать чувствительность выше 10 10 дж/элемент, к тому же чувствительность ограничивается помехами от сигналов управления и темновым током утечки, который сильно зависит от температуры, удваиваясь при увеличении ее на . Таким образом недостатками указанного фотопреобразователя является низкое быстродействие и низкая пороговая чувствительность и узкий температурный диапазон. Современные системы обработки оптической информации требуют высокой чувствительности фотопреобразователя 1СГ-10 Дж/элемент при быстродействии 10 Гц, в широком температурном диапазоне (-60) -(+80С). Цель изобретения - повышение быстродействия и пороговой фоточувствительности в расширенном температурном диапазоне. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом преобразователе, содержащем два двухэмиттерных тринзистрра, первые из эмиттеров которых соединены с шиной управления, вторые из эмиттеров - с соответствующими дифференциальными шинами считывания, а коллекторы - с шиной смещения, и шину питания, оба двухэмит терных транзистора выполнены инжекционными и их инжекторы соединены с

шиной питания, причем, один из транзисторов заключен в светонепроницаемое покрытие.

Инжектор создает оптимальный рабочий режим фотопреобразователя, благодаря чему его быстродействие увеличивается на 3-4 порядка. При этом, однако, пороговая чувствительность фотопреобразователя ухудшается из-за возросших темновых токов. В общем чувствительность ограничивается помехами от сигналов управления темновыми токами утечки через р-п переходы и темновыМи токами, вызванными инжектором. Применение в каждой ячейке одинаковых полупроводниковых приборов с затемнением одного из них и подключением выходов к дифференциальному усилителю позволяет скомпенсировать все указанные помехи, сохранив быстродействие. Помехи, связанные с изменением температуры также компенсируются, так как приборы ячейки одинаковы и находятся в одинаковых условиях.

На фиг.1 представлена электрическая схема предлагаемого фотоэлектрического преобразователя; на фиг.2 конструкция одного из вариантов устройства.

Фотоэлектрический преобразователь содержит шину 1 сме1цения, две одинаковых фоточувствительных полупроводниковых структуры, например фототранзисторы 2 и 3. Свет воздействует на фототранзистор 2 ячейки, а фототранзистор 3 защищен светонепроницаемым покрытием. Фототранзисторы ячейки двухэмиттерные,п-р-п типа с общим коллектором 4. Сигналы управления подаются на их базы 5 через емкость 6 р-п-перехода, образованного базой и эмиттером 7. Эмиттеры 8 транзисторов 2 и 3, принадлежащих определенному столбцу, подсоединены к соответствующим дифференциальным шинам 9 считывания. В качестве инжектора, обеспечивающего рабочий режим больших токов р-п-переходов (следовательно режим малых постоянных времени) , в каждом приборе используется транзистор р-п-р типа, образованный подложкой 10 (эмиттер), эпитаксиальным слоем коллектора 4 (база) и базой 5 п-р-п транзистора (коллектор). Устройство имеет шину 11 управления и шину 12 питания.

Оба фототранзистора каждой ячейки работают в динамическом режиме с накоплением заряда. Сигналы управления по шине 11 управления поступают на базы фототранзисторов 5 через барьерные емкости б эмиттерных переходов 7. Они обеспечивают зарядку барьерньйс емкостей 6 фототранэисторов, которые в паузе между импульсами управления разряжаются фототоком, темновым током утечек и генератором тока. Очевидно, сигналы помех и темновые токи, являющиеся одинаковыми у рядом расположенных фототранзисторов интегральной схемы; компенсируются на дифференциальном усилителе, и на выходе усилителя реализуется сигнал, пропорциональный освещенности.Инжекторы разряжают частично барьерные емкости б и, тем самым, обеспечивают выве цение фототранзисторов при импульсном опросе в режим больших токов, соответствующий малым постоянным времени. Инжекторы могут разряжать емкости б либо постоянным (как это показано на фиг,2), либо импульсным током в паузах между импульсами генератора опроса, обеспечивая величину заряда дырок, в 4-10 раз превосходящую величину максимального заряда фототока.

Предлагаемый фотопреобразователь выгодно отличается от известного тем

что он обеспечивает ВЫСОКУЮ пороговую

-f4 -1Ь светочувствительность (10 -10Дж/элемент), широкий температурный диапазон (-60) -(+80°с) и высокое быстродействие (10 с). Это расширяет область применения предлагаемого фотопреобразователя по сравнению с известным.

Формула изобретения

1.Фотоэлектрический преобразователь, содержащий два двухэмиттерных транзистора, первые из эмиттеров которых соединены с шиной управления, вторые из эмиттеров - с соответствующими дифференциальными шинами считывания, а коллекторы - с шиной смещения, и шину питания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и чувствительности преобразователя, двухэмиттерные транзисторы выполнены инжекционными и их инжекторы соединены с шиной питания.

2.Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что один из двухэмиттерных транзисторов заключен в светонепроницаемое покрытие

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США 3614775, кл. 340-173, 1971.

2.Патент США № 3689900, кл.340-137, 1972.

3. Tujctsu Sientific Technical Journal, 1972 , September, p.l37151 (прототип).

Фи.