Способ малоинерционной регистрации инфракрасного излучения

 

Изобретение относится к способу регистрации инфракрасного излучения Цель изобретения - расширение спектрального диапазона регистрируемого излучения в длинноволновую область спектра и управление спектральным порогом фотоответа - достигается путем выбора в качестве приемника транзистора со структурой полупроводник - металл - полупроводник с определенными в соответствии с расчетным и формулами концентрацией электронов в сильнолегированной области эмиттера и толщиной слаболегированного слоя эмиттера . При этом излучение направляют на сильнолегированную область эмиттера, а рабочую температуру выбирают в соответствии с расчетной формулой. Спектральный порог фотоответа определяется выбором величины напряжения смещения эмиттера в прямом направлении. 1 з.п ф-лы сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 J 5/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4705678/25 (22) 14.06.89 (46) 15.05.93. Бюл. N 18 (72) Я.A. Оксман, И. Я. Мармур, С. П. Ашмон тас, Л. П: Амосова и И. И. Верещагин (56) Техника оптической связи. Фотоприемники. M.: Мир, 1988, с. 493 — 494.

Reynolds J. Н, А Semiconductor — Metal

-Semiconductor Light Detector — Trans, Metalurg, 1967, Soc А! МЕ, v, 239, hh 3, р, 326 — 330. (54) СПОСОБ МАЛОИНЕРЦИОННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретение относится к способу регистрации инфракрасного излучения, Цель изобретения — расширение спектрального

Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частностй к способам регистрации инфракрасного (ИК) излучения.

Цель изобретения — расширение спектрального диапазона регистрируемого излучения в длинноволновую область спектра.

Способ малоинерционной регистрации инфракрасного излучения основан на применении одного из типов интенсивно развивающихся в настоящее время транзисторов на горячих электронах, которые являются одними из самых быстродействущих приборов.

Для регистрации излучения должны быть использованы транзисторы с двуслой+ ным эмиттером в виде п — и-перехода. В этих транзисторах в эммитере имеется силь+ но легированная и -область. где ИК-излучение может поглощаться свободными.. Ж 1662219 А1 диапазона регистрируемого излучения в длинноволновую область спектра и управление спектральным порогом фотоответа— достигается путем выбора в качестве приемника транзистора со структурой полупроводник — металл — полупроводник с определенными в соответствии с расчетным и формулами концентрацией электронов в сильнолегplpoaaHHOA области эмиттера и толщиной слаболеги рованного слоя эмиттера. При этом излучение направляют на силь. нолегированную область эмиттера, а рабочую температуру выбирают в соответствии с расчетной формулой, Спектральный порог фотоответа определяется выбором величины напряжения смещения эмиттера в прямом направлении. 1 з.п. ф-лы. электронами. Эта область отделена от металлической базы тонким слаболегированным и-слоем. Условие и < nnn(h ю) связывает длину волны регистрируемого излучения с максимально возможной концентрацией свободных электронов в сильнолегирован ной обла+ сти эмиттера. Здесь и -концентрация свободных электронов в сильнолегированной области эмиттера, п»(М) — концентрация электронов, соответствующая плазменному отражению регистрируемого излучения, Указанное условие вытекает из того, что в ИК-области спектра наблюдается аномальная дисперсия коэффициента отражения R полупроводника, Минимальное значение п отвечает 10

-3 см, так как при меньших концентрациях мало поглощение на свободных носителях, Регистрируемое излучение при поглощении свободными электронами в п -обла+ сти сообщает им энергию, равную энергии

1662219 и+

kTln—

50 с!и < l (h v), фотона. Разогретые светом электроны движутся к барьеру эмиттер-база и те из них, энергия которых достаточна для преодоления потенциального барьера pi = — е0« со стороны полупроводника, переходят в металлическую базу и затем в коллектор (О« — напряжение смещения эмиттера в прямом направлении, p< — высота потенциального барьера эмиттер-база со стороны полупроводника при нулевом смещении, е— заряд электрона).

Таким образом, высота потенциального барьера эмиттер — база со стороны полупроводника определяет диапазон длин волн регистрируемого излучения. Чем больше длина волны регистрируемого излучения (меньше энергиЯ кванта), тем меньше должна быть высота потенциального барьера и, соответственно, тем больше должна быть прямое смещение, На пути к границе полупроводник — металл фотовозбужденные электроны должны преодолевать барьер на

+ границе ме>кду и -областью и и-слоем. Высота этого барьера, регулируемая температурой, равна где k — постоянная Больцмана, Т вЂ” рабочая температура, n — концентрация свободных электронов в слаболегированном слое эмиттера, Таким образом, смысл условия Т <

hv

< сводится к Ограничению высоты

l(Inn+/n барьера у>> энергией кванта излучения h v, Для регистрации излучения выбира!От транзистор, толщина слаболегираванного слоя эмиттера которого dn удовлетворяет условию dn < l (h v), где l>(h1) — длина рассеяния энергии фотовозбужденных электронов, В противном случае фатоэлектроны не могут преодолеть барьер на границе с металлической базой.

Условие для рабочей температуры про+ веряли на германиевых и -п-переходах, изготовленных вплавлеиием сплава олова с сурьмой и фосфором в подложки с и 10 см . При этом в сильно легированной рекри-Л

+. + 19 -3 сталлизованной и -области и 10 см . Измерения проводили в специальном криостате с регулируемой температурой. Излучение

10,6 мкм направляли на и -область, Сигнал снимали с сопративпения нагрузки, смещение на n -n-переход не подавали. На исследованных образцах наблюдали резкий рост малоинерционкаго сигнала в условиях, когда температура становилась ниже -140 К. При

+ этой температуре высота барьера n -n-перехода примерно равна энергии лазерного кванта 0,117 эВ, Использование изобретения по сравнению с прототипом позволяет расширить спектральный диапазон регистрируемого излучения в средне- и длинноволновую ИК область не менее, чем до 10 — 15 мкм.

Регулируя величину напряжения смещения эмиттера в прямом направлении, можно управлять спектральным порогом фотоответа.

Действительно, при соблюдении усло, — hv вия 0 у = е спектральный порог соответствует длине волны регистрируемого излучения с энергией кванта h к При этом регистрируется как излучение с энергией кванта h v, так и излучение с большими энергиями кванта, т. е, с более короткими длинами волн. При меньших О«, т. е. при О««

Рс — hv, фотоответ на требуемой длине воле ны с энергией кванта hv не возникает— спектральный порог лежит в более коротковолновой области спектра. При больших — hv

U >, т. е. при U«>, фотоответ может возникать как на длине волны с энергией кванта hv, так и на больших длинах волн, т, е. спектральный порог лежит в более длинноволновой области.

Формула изобретения

1, Способ малоинерционной регистрации инфракрасного излучения, включающий освецение транзистора со структурой полупроводник — металл — полупроводник регистрируемых излучением с энергией кванта меньше ширины запрещенной зоны полупроводника, подачу обратного смещения на коллектор, определение интенсивности и временных характеристик инфракрасного излучения по току в цепи коллектора, отличающийся тем, что, с целью расширения спектрального диапазона регистрируемого излучения в длинноволновую область спектра, используют транзистор, у которого концентрация электронов в сильналегированнай области эмиттера лежит в пределах

10 см и < пппб{!> ), 1В -З толщина слаболегированного слоя эмиттера удовлетворяет условию

1662219 при этом излучение направляют на сильнолегированную область эмиттера, а рабочую температуру выбирают из условия иск =

Составитель Г. Плешков

Техред М.Моргентал Корректор Н, Король

Редактор Б. Федотов

Заказ 1976 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 где n»(h v ) — концентрация электронов, соответствующая плазменному отражению регистрируемого излучения; и+, и — концентрации свободных электронов в сильнолегированной области эмиттера и слаболегированном слое эмиттера соответственно;

dA — толщина слаболегированного слоя эмиттера;

1,(п v) — длина рассеяния энергии фотовозбужденных электронов;

Т вЂ” рабочая температура;

hv — энергия кванта регистрируемого излучения;

k — постоянная Больцмана.

2. Способпоп. 1,отличающийся тем, что, с целью управления спектральным порогом фотоответа, на эмиттер подают напряжение смещения в прямом направлении в соответствии с условием где U<м — напряжение смещения в прямом направлении;

p< — высота потенциального барьера эмиттер †ба со стороны полупроводника при нулевом смещении эмиттера; е — заряд электрона.