Фотометрическое устройство

 

Изобретение относится к фотоэлектрическим устройствам, конкретнее к устройствам, предназначенным для фотометрических измерений освещенности , яркости. Цель изобретения - повышение точности измерения. Существуюище фотометрические устройства обладают недостаточной точностью измерения вследствие значительного отличия спектральной характеристики от кривой видности глаза и нестабильности ее в условиях действия повышенной влажности и температуры. Для повьпиения точности измерения в известном фотометрическом устройстве, содержащем подложку, фотопроводящкй слой, прозрачный проводящий электрод и защитный слой, а также узел регистрации , выполняют подложку из прозрачного химически стойкого материала , фотопроводящий слой - из аморфного гидрированного кремния толщиной , определяемой по полученной авторами зависимости из определенного . диапазона. Поверх фотопроводящего слоя наносят слой металла с высокой работой выхода и покрывают герметиком поверхность фотометрического устройства, противоположную освещаемой . Кроме того, для дальнейшего повышения точности измерения в фотометрическое устройство вводят дополнительный п-слой (a-Si:H). 2 з.п. ф-лы, 2 ил. i (Л 1 СЬ 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5р 4 G 01 Х 1/04

Э

I ! ,\

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ДBTGPGHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 42 14177/31 25 (22) 23. 03.8 7 (46) 23,03.89. Бюл. К 11 (71) Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (72) А.А. Андреев, П.А. Андреев, А.И. Косарев, К.R. Коугия,И.Ф. Коньков, Е.И. Теруков и В.Н. Нувалов (53) 535. 24 (088. 8) (56 ) Гли берман А.Я. и др . Фот опреобразователи в науке и технике.

Итоги науки и техники. — Сер. нЭлектроника и ее применение", т,12, М., 1980, с, 117-162 °

Фотоэлементы с ел еновые типов

Ф 45С,Ф52-57.0 ТУ 3-3. t 293-75. Завод "Кварц", 1975. (54) ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к фотоэлектрическим устройствам, конкретнее к устройствам, предназначенным для фотометрических измерений освещенности, яркости. Цель изобретения — повышение точности измерения.

Существующие фотометрические устройства обладают недостаточной точностью

Изобретение относится к фотоэлектрическим устройствам (ФУ), в част,ности к устройствам, предназначенным для фотометрических измерений освещенности, яркости и т.д.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет формирования спектральной характеристики (СХ), близкой к кривой видности глаза, при одновременном обеспече„„SU„„1467404 А1 измерения вследствие значительного отличия спектральной характеристики от кривой видности глаза и нестабильности ее в условиях действия повышенной влажности и температуры. Для повышения точности измерения в известном фотометрическом устройстве, содержащем подложку, фотопроводящий слой, прозрачный проводящий электрод и защитный слой, а также узел регистрации, выполняют подложку из прозрачного химически стойкого материала, фотопроводящий слой — из аморфного гидрирова нного кремния толщиной, определяемой по полученной авторами зависимости из определенного . д диапазона. Поверх фотопроводящего слоя наносят слой металла с высокой работой выхода и покрывают герметиком поверхность фотометрического устройства, противоположную освещаемой. Кроме того, для дальнейшего .Ф повышения точности измерения в фотометрическое устройство вводят дополнительный и-слой (а-Si:È). 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 3 нии ее стабильности в условиях повышенной влажности и температуры.

На фиг.1 представлена принципиальная схема ФУ; на фиг.2 — кривая видности глаза, СХ известных устройств, а также СХ предлагаемого устройства до и после воздействия повышенной температуры и влажности.

На фиг. 1 обозначены подложка 1, прозрачный проводящий электрод 2, 146 7404

20 и+-слой 3 из (а-Si:Í), фоточувстви-. тельный слой 4 из (а-S i: Í), слой 5 иеталла с большой работой выхода,герметик 6, узел 7 регистрации.

Выполнение подложки иэ прозрачного, химически стойкого материала обусловлено необходимостью пропускания через нее света. В противном случае СХ ФУ изменяется неконтролируемым образом. Химическая стойкость материала подложки предотвращает воздействие внешней среды и ее изменений (температуры, влажности и др. ) на фоточувствительный слой, т. е ° подложка одновременно является и зае щитным слоем. Материал подложки способствует.как формированию необходимой СХ, так и стабильности СХ.

Выполнение фоточувствительного слоя из аморфного гидрированного кремния (а-Si:Н) вызвано тем, что планки (a-Si:Н) обладают высокой фотопроводимостью в требуемом спектральном диапазоне, более устойчивой структурой по сравнению с другими аморфными и халькогенидныии стеклаии, которые потенциально могли бы быть использованы в качестве фоточувствительного слоя, В связи с этим предлагаемый материал определяющим образом влияет как на формирование

СХ, так и на ее стабильность, при различных внешних условиях. Критичным параметром является и толщина фоточувствительного слоя. Так, при толщине t) 1 мкм основное поглощение света происходит в области отсутствия электрического поля, поэтому генерированные светом носители будут рекомбинировать, не давая вклад в фототок. При толщине и < Ac(N e — ширина области собирания фотоносителей) все генерированные светом носители собираются и дают вклад в фототок, т. е. не будет необходимого спада СХ в коротковолновой области.

Слой металла с высокой работой выхода необходим для образования встроенного электрического поля,которое разделяет фотоносители и обеспечивает ток во внешней цепи, Данный слой должен бьггь нанесен на фото-. чувствительный слой. Отсутствие данного слоя делает невозможным работу устройства. Герметизация подложки с нанесенными слоями со стороны,противоположной освещаемой, необходима для защиты ФУ и стабилизации СХ.От2S

55 сутствие герметизации ведет к неконтролируемым изменениям СХ под воэдействиЕм внешней среды (повышение темпера гуры и влажности) и, как следствие, к понижению точности измерений.

Критичной характеристикой является толщина фоточувствительного слоя, которую предлагается выбирать из указанного в формуле изобретения интервала. Предложенная зависимость позволя ет опр еделит ь .оптимальную толщинуу фоточувствительного слоя, обеспечивающую совпадение максимума СХ с максимумом кривой видности глаза.

Это приводит к повышению точности измерений, Возможно и дальнейшее повышение точности и чувствительности, которое достигается дополнительным введениеи и -слоя из (а-Si:Н) в соответствии с формулой. Повышение чувствительности при этои происходит за счет более полного собирания фотоносителей (устранением неомпчности контакта),а повышение точности — в результате более правильного формирования СХ в коротковолновой области (подавление фототока в область очень коротких длин волн, поглощение которых происходит вблизи границы прозрачного проводящего электрода и фоточувствительного слоя) .

Таким образои, подложка 1 является основой для нанесения на нее всех последующих слоев, защнтным слоем и одновременно поверхностью для пропускания измеряеиого света в фото1 чувствительный слой 4. Назначение прозрачного проводящего электрода 2 состоит в прапускании света к фоточувствительному слою 4, сборе фотоносителей и обеспечении контакта с узлом 7 регистрации, и †сл 3 необходим для формирования оиического контактами В фоточувствительном слое

4 происходят генерация и разделение фотоносителей. Слой 5 металла с высокой работой выхода обеспечивает формирование электрического поля в фоточувствительном слое 4. Герметик обеспечивает защиту ФУ от влияния внешней среды со стороны противоположной освещаемой, а узел 7 регистрации регистрирует фототок.

ФУ работает следующим образом.

Измеряемый свет, пройдя подложку

1, прозрачный проводящий электрод 2, 1467404

n+-слой 3, генерирует в фоточувствительном слое 4 носителя заряда, которые разделяются встроенным электрическим полем на границе фоточувстви5 тельного слоя 4 и слоя 5 металла с высокой работой выхода. Далее носители заряда собираются с помощью прозрачного проводящего электрода 2 и металлического слоя 5, направляют- !р ся в узел 7 регистрации, который вырабатывает сигнал, пропорциональный интенсивности измеряемого света.

На фиг.2 приведены кривая 8 видности глаза, кривая 9, СХ ФУ с фото- !5 чувствительным слоем из Se СХ 1О ФУ с фоточувствительным слоем их CdS

СХ ФУ, изготовленного и описанного в примере конкретной реализации до и после воздействия повышенной темпе- 20 ратуры и влажности, — кривые 11 и 12 соответственно.

Пример ° На подложку 1 последовательно наносим прозрачный проводящий электрод 2, n+-слой 3, фото- 25 чувствительный слой 4, слой 5 металла с высокой работой выхода, далее подсоединяем с помощью внешних проводников узел 7 регистрации. После этого со стороны, обратной освещаемой, все нанесенные слои покрываются герметиком 6.

В качестве подложки 1 использовалось обычное стекло размером 25

" 25 мм, толщиной 2,5 мм. На одну поверхность подложки 1, противоположную освещаемой, методом магнетронного напыления мишени из I u S в атмосфере С нанесен прозрачный проводящий электрод 2 из окиси индия-оло40 ва. Толщина электрода 2 О, 5 мкм,слое-. вое с опр отинле ние R = 200 Ом. Затем наносили и -слой 3 из (а-Si:Н), легированного фосфором, и фоточувстви— тельный слой 4 из (а-Si Í) через мас45 ку с отверстием диаметром 12 мм.

Слои 3 и 4 наносились методом разложения силана в плазме ВЧ-тлеюцего разряда. Использовались рабочая смесь (957. Ar + 51 SiH<) для фоточувстви—

50 тельного слоя 4, для и — слоя в эту смесь добавлялся фосфин PH з так,чтобы концентрация молекул фосфина по отношению к концентрации молекул силана составила 1-2Х

О

Толщина и -слоя (а-Si:Н) 300 А (время нанесения 5 мин), толщина фоточувствительного слоя 4 0,33 мкм.

Затем на фоточувствительныи слои

4 наносился слой 5 металла с большой работой выхода. В данному случае нао несен слой Pt толщиной 300 А через маску с отверстием диаметра 10 мм, расположенную соосно с ранее использовавшейся маской для нанесения и -слоя 3 и фоточувствительного слоя 4, Далее к слов 5 металла и прозрачному электроду 2 прикреплены с помощью проводящего клея проводники, которые обеспечивали контакт с ysлом 7 регистрации. В качестве узла

7 регистрации использовался прибор

Ш-4310 в режиме измерения тока. Затем после просушки проводящего клея вся поверхность ФУ, обратная освещаемой, заливалась герметиком на основе эпоксидной смолы. Предлагаемая конструкция ФУ позволяет наносить дополнительно р+-слой (а-Si:Н) между фоточувствительным слоем 4 и слоем 5 металла с бсльшой работой выхода.При этом используется такая маска, что и для слоев 3 и 4. P -слой позволяет увеличить электрическое поле в фоточувствительном слое 4 и, следовательно, повысить чувствительность ФУ.

Такие ФУ также изготовлены и испытаны, причем наблюдалось повышение чувствительности, р -слой изготавливался также разложением силановой смеси 95Х Ar + 5X SiH4 с добавлением диборана H H так, чтобы В Н /

/SiH = 1-27.

Мекеты ФУ подвергнуты следующим испытаниям: выдержка в течение 4 ч при температуре 60 С и влажности

1007, засветка лампой ДКсЭ вЂ” 1000 Вт через водяной фильтр толщиной 3 см.

После испытаний измерены СХ и токовая чувствительность. На фиг.2 приведены СХ образцов ФУ до испытаний (кривая 11) и после испытания (кривая 12) .

Изменение токовой чувствительности составляло не более 17. в пределах точности измерений.

В целом, если оценивать улучшение точности измерения за счет формирования СХ, более близкой к кривой видности глаза, по разности площадей (фиг.2), то предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности по сравнению с известным более чем в два раза.

1467404

Формула изобретения

1. Фотометрическое устройство, содержащее подложку, фоточувствительный слой, прозрачный проводящий 5 электрод и защитный слой, а также узел регистрации, соединенный с прозрачным проводящим электродом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет формирования спектральной характеристики, близкой к кривой видности глаза, при обеспечении ее стабильности в условиях повышенной влажности и температуры, подложка, ° одновременно являющаяся и защитным слоем, выполнена из прозрачного для направляемого на нее измеряемого света химически стойкого материала, на подложку последовательно по ходу излучения нанесены прозрачный проводящий электрод и фоточувствительный слой, причем последний выполнен из аморфного гидрированного кремния (а-Si:Н) толщиной t, удовлетворяющей условию Wc< t 41 мкм, где Wc— ширина области собирания фотоносителей, поверх фоточувствительного слоя расположен слой металла с работой выхода, большей работы выхода фото чувствительного слоя, свободные поверхности прозрачного электрода и всех нанесенных слоев покрыты герме,тиком, а узел регистрации соединен со слоем укаэанного металла.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что толщину t фоточувствительного слоя определяют по зависимости

Wc exp(+ Wc)

1 - ехр (Wc)

+ W где a — коэффициент оптического поглощения фоточувствительного слоя, соответствующий требуемому максимуму спектральной характеристики, см-, 3. Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что между прозрачным проводящим электродом и фоточувствительным слоем дополнительно введен и -слой аморфного гид+ рированного кремния.

146 74 04

Составитель В. Калечиц

Техред М.Дидык Корректор М 111ароши

Редактор Л. Гратилло

Заказ 1185/37 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101