Преобразователь изображений

 

Использование: оптические устройства обработки информации. Сущность изобретения: преобразователь изображений содержит входной прозрачный электрод,слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника , слой электрооптического кристалла, выходной прозрачный олектрод. В слое диэлектрика выполнена магэица отверстий , заполненных светопрОЕ.эдящим материалом. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 02 F 1/03, 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О

О (л)

О К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4677691/25 (22) 11,04.89 (46) 23.10.92, Бюл, ¹ 39 (71) Курский политехнический институт (72) И,С,Захаров и Е.А,Спирин (56) Патент Великобритании ¹ 2011639, кл. G 02 F 1/13, 1978.

Васильев А,А., Касасент Д„Компанец

И.Н„Парфенов А,В, Пространственные модуляторы света. — Радио и связь, 1987, с. 35

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к обработке оптической информации, и может найти применение в автоматике, вычислительной технике и голографии, Известен преобразователь изображений, содержащий входной прозрачный проводящий электрод, первый слой диэлектрика, высокоомный фоточувствительный полупроводник, второй слой диэлектрика, выходной прозрачный проводящий электрод (1), Запись изображения в этом устройстве осуществляется при воздействии света, к которому чувствителен высокоомный фоточувствительный полупроводник (в качестве полупроводника выбран высокоомный (л ) кремний с удельным сопротивлением более 1 кОм ° см), через входной прозрачный проводящий электрод по всей рабочей поверхности полупроводника при приложении к электродам внешнего напряжения. Регистрируемое изображение хранится в виде зарядового рельефа на границе раздела полупроводник — диэлектрик, который в виде диэлектрической решетки встроен в слой высокоомного фоточувствительного полупроводника. Раз„„SU „„1770939А1 (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИЗОБРАЖЕНИЙ (57) Использование: оптические устройства обработки информации. Сущность изобретения: преобразователь изображений содержит входной прозрачный электрод, слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника, слой электрооптического кристалла, выходной прозрачный лектрод, В слое диэлектрика выполнена ма зица отверстий, заполненных светопроьздящим материалом. 3 ил. меры элемента иэображения определяются расстоянием между и+-областями, разделенными диэлектриком и выполненными в высокоомном кремнии со стороны, противоположной записывающему свету. Наличие этих л-и -переходов устраняет диффузию между соседними элементами изображения, Считывание записанного изображения проводится поляризованным нейтральным для полупроводника светом за счет:>лектрооптического эффекта в слое второго диэлектрика, в качестве которого испсльзован слой жидкого кристалла.

Недостатком этого устройства является низкая разрешающая способность из-за большого расстояния между и -областями в

-кремнии. Уменьшение этого расстояния между соседними 7т-и -переходами приводит к возникновению емкостной связи между ними и неработоспособности устро.«тва на высоких частотах. Использование вместо кремния другого фоточувствител ьнс го высокоомного полупроводника с большей диэлектрической постоянной, чем у кремния, приводит к технологическим ограничениям. т,к. в настоящее время в таких выса оомных

1770939 полупроводниках р-и-переходы не получены, Наиболее близким техническим решением является преобразователь изображения, выполненный в виде структуры входной прозрачный электрод, слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника, слой электрооптического кристалла и выходной прозрачный электрод, при этом слой высокоомного полупроводника характеризуется эффектом захвата носителей заряда на ловушки на поверхности и в объеме слоя (2), В данном устройстве запись изображения проводится в слое фотополупроводника, а его считывание (воспроизведение) с помощью слоя электрооптического (жидкого) кристалла.

Регистрируемое изображение в виде зарядового рельефа находится на ловушках на границе раздела фотополупроводник — диэлектрик и в объеме фотополупроводника.

Недостатком этого устройства является малая разрешающая способность и контрастность из-за растекания информационных зарядов so все стороны как вдоль границы раздела полупроводник — диэлектрик, так и в объеме в результате градиента концентраций (особенно при записи высококонтрастных изображений): информационные заряды, обладая эффективной диффузионнои длиной, из области с большей концентрацией переходят в область с меньшей концентрацией, т.к. генерация информационных носителей заряда под действием света происходит во всех точках рабочей поверхности полупроводника, что приводит к размазыванию изображения, Целью изобретения является увеличение разрешающей способности и контр астности устройства. Это достигается благодаря тому, что в преобразователе изображения, содержащем последовательно расположенные входной прозрачный электрод, слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника,,слой электрооптического кристалла и выходной прозрачный электрод, при этом слой высокоомного фотополупроводника характеризуется эффектом захвата носителей заряда на ловушки на поверхности и в объеме слоя. слой диэлектрика выполнен в виде матрицы отверстий, заполненных светопроводящим материалом, при этом расстояние между краями соседних отверстий матрицы выбрано большим, чем эффективная длина диффузии носителей заряда в приповерхностной области высокоомного фотополупроводника, обращенной к слою диэлектрика.

Введение отличительных признаков заявленной совокупностью позволяет увели5

55 чить разрешающую способность и контраст изображения преобразователя изображений за счет того, что слой диэлектрика выполнен в виде матрицы отверстий, заполненных светопроводящим материалом, при этом расстояние между краями соседних отверстий матрицы выбрано большим, чем эффективная длина диффузии носителей заряда в приповерхностной области высокоомного фотополупровсдника, обращенной к слою диэлектрика, Записывающий свет достигает поверхности фотополупроводника только на участках под отверстиями, заполненными светопроводящим материалом, в которых происходит генерация информационных зарядов. На участках поверхности фотополупроводника между отверстиями в слое диэлектрика информационные заряды не возникают, поэтому их диффузия в освещаемые области отсутствует. Растекание информационных носителе.п заряда из одной освещаемой области в другую так же будет отсутствовать, поскольку эффективная длина диффузии носителей заряда в приповерхностной области используемых высокоомных фотополупроводников меньше, чем расстояние между краями соседних отверстий матрицы (например, в кристаллах типа силленита— германате, силикате, титанате висмута — она составляет единицы микрометров: см. М, Peltier, F, Michегоn. J. Арр!. Phys., 1977, v.

48, N 9, р. 3683-3690), На фиг, 1 представлена схема преобразователя изображений, на фиг. 2 и 3 — фрагменты поперечного сечения слоя диэлектрика, который выполнен в виде матрицы отверстий, заполненных светопроводящим материалом.

Преобразователь изображения содержит записывающий свет 1 с длиной волны il. транспарант 2, поляризатор 3, считывающий свет 4 с длиной волны 4, входной прозрачный электрод 5, слой 6 диэлектрика, слой 7 высокоомного фотополупроводника, слой 8 электрооптического кристалла, выходной прозрачный электрод 9, анализатор

10, источник 11 внешнего напряжения; слой

6 диэлектрика состоит из высокоомного материала 12, который выполнен в виде матрицы отверстий 13, заполненных светопроводящим материалом, Преобразователь изображения работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии записывающей подсветки 1 (фиг. 1) с длиной волны А.! амплитуда напряжения U, 11, приложенного к устройству, делится на ротополупроводнике 7 и слое 8 электрооптического

1770939

20 кристалла обратно пропорционально их емкостям. Запись изображения транспаранта 2 осуществляется активным для высокоомного фоточувствительного полупроводника 7 светом 1 с длиной волны k, падающим со стороны слоя диэлектрика, при приложении к устройству импульса напряжения U< 11 (фиг, 1). Записывающий свет проходитчерез светоделительный элемент 4, входной прозрачный проводящий электрод 5 и достигает слоя диэлектрика 6 (фиг. 1), который состоит из высокоомного материала 12, выполненного в виде матрицы отверстий 13, заполненных светопроводящим материалом (фиг. 2). При этом высокоомный материал 12 и светопроводящий материал 13 имеют коэффициенты преломления п, удовлетворяющие неравенству: па < п1з. В этом случае записывающий свет проходит дальше только через отверстия 13, заполненные светопроводящим материалом, и попадает на участки поверхности полупроводника, находящиеся только под отверстиями.

Под действием записывающей засветки в фотополупроводнике 7 под торцами отверстий происходит генерация информационных носителей заряда. Их концентрация в соответствующих участках поверхности опредегяется распределением интенсивности записывающего света, распространяющегося по отверстиям со светопроводящим материалом. Возникновение информационных носителей заряда в фотополупроводнике приводит к перераспределению (модуляции) падений напряжения на фотополупроводнике и электрооптическом кристалле, Из-за возникающего градиента концентраций информационные носители заряда будут диффундировать из-под торцов отверстий во все стороны вдоль границы раздела фотополупроводник 7 диэлектрик 6 (фиг. 1) в приповерхностной области полупроводника, находящейся между отверстиями. Однако, поскольку эффективная длина диффузии носителей заряда в приповерхностной области слоя высокоомного фотополупроводника, обращенной к слою диэлектрика 6 меньше, чем расстояние между краями соседних отверстий матрицы, то информационные носители заряда не достигают участков поверхности фотополупроводника, находящихся под соседними отверстиями. Эти носители заряда захватываются на ловушки в объеме и на поверхности в промежутках между отверстиями, поскольку концентрация ловушек в используемых высокоомных фотополупроводниках обычно велика.

Считывание скрытого изображения осуществляется постоянно действующим поляризованным для высокоомного фоточувствитлеьного полупроводника 7 светом 3 с длиной волны Л, падающим со стороны слоя диэлектрика (режим "На просвет"). Считывающий свет 3 проходит через поляризатор 4, входной прозрачный электрод 5, слой диэлектрика 6, слой фотополупроводника 7 без генерации в нем электронно-дырочных пар, слой жидкого кристалла 8, выходной прозрачный электрод 9 (режим "На просвет"). На выходе каждого участка устройства считывающий свет промодулирован по фазе в соответствии с распределением падений напряжения по участкам площади слоя электрооптического кристалла, соответствующим распределению концентрации информационных носителей заряда.

Модуляция считывающего света по фазе с помощью анализатора 10 преобразуется в модуляцию по интенсивности, и регистрируемое изображение транспаранта передается в дальнейшие каналы его обработки.

Разрешающая способность устройства может быть еще повышена за счет изменения конструкции матрицы отверстий, как показано на фиг, 3. При расположении отзерстий в шахматном порядке достигается увеличение разрешающей способности на 307.

Изобретение выполняется следующим образом.

B качестве слоя высокоомного фотополупроводника используются кристаллы типа силленита (германат или силикат висмута) толщиной до 500 мкм с эффективной диффузионной длиной 2...3 мкм и концентрацией ловушек 10 ...10 см . На

-з поверхность слоя фотополупроводника наносят слой диэлектрика в виде матрицы отверстий, заполненных светопроводящим материалом. При этом коэффициент.; преломления материала в отверстии (np) и материала матрицы (n ) должны удовлетворять неравенству: n > n (n>a > n1z). Такому условию удовлетворяют следующие материалы: отверстие — германат висмута, легированный алюминием (п = 2,55), матрица — окись кремния (n< = 1,45) или теллурид кадмия (nM = 1,6); отверстие — окись кремния, матрица — теллурид кадмия или полиимидный лак.

На поверхность фотополупроводника наносят слой светопроводящего материала толщиной 0,7...1,2 мм. С помощью современной фотолитографии получают столбики диаметром до 1 мкм и расстоянием между ними 2...3 мкм. Затем промежутки между столбиками заполняют слоем матоичного диэлектрического материала. Электроопти1770939

2 3 4 5 6 7 8 ческим материалом служат жидкие кристаллы, В качестве прозрачных электродов используют окись индия или олова.

Преимущество заявляемого преобразователя изображений по сравнению с прототипом (2) заключается в следующем, Выполнение слоя диэлектрика в виде матрицы отверстий, заполненных светопроницаемым материалом, приводит к тому, что записывающий свет распространяется только по этим отверстиям и генерирует информационные заряды в фотополупроводнике только под отверстиями. Под действием градиента концентраций эти заряды могут диффундировать вдоль границы раздела диэлектрик — полупроводник на расстояние, равное эффективной диффузионной длине, и,соответственно, будут снижать разрешающую способность и контраст записанного изображения, как это имеет место в прототипе. Известно, что диффузионная длина в высокоомных фоточувствительных материалах, используемых в устройствах типа МДП вЂ” жидкий (электрооптический) кристалл, составляет единицы микрометров (например, в кристаллах типа силленита она равна 2 — 4 мкм — см, М.

Peltier, F, Michегоn, Volume hologram

recording and charge transfer proclss in

Hire SiO:Î, Big. ОеО<.-J, Appl. Phys., 1977, v. 48, ¹ 99, р. 3683 — 3690). Однако это максимальное расстояние распространения информационных зарядов в высокоомных кристаллах (в том числе и в кристаллах типа силленита) существенно уменьш ается в результате захвата зарядов на ловушки, концентрация которых высока и достигает

10 см и выше.

5 Поэтому, если расстояние между краями соседних отверстий в заявляемом устройстве достигает величины, равной двум диффузионным длинам (4-5 мкм), то взаимное влияние элементов изображения, как

10 это имеет место в прототипе, исключено.

Это приводит к повышению разрешающей способности и контрастности устройства.

Формула изобретения

15 Преобразователь изображений, содержащий последовательно расположенные входной прозрачный электрод, слой диэлектрика, слой высокоомного фотополупроводника, слой электрооптического кристалла и

20 выходной прозрачный электрод, при этом слой высокоомного фотополупроводника характсризуется эффектом захвата носителей заряда в ловушки на поверхности и в объеме слоя, отличающийся тем, что, 25 с целью повышения контраста и разрешающей способности, в слое диэлектрика выполнена матрица отверстий, заполненных светопроводящим материалом, при этом расстояние между краями соседних отвер30 стий матрицы выбрано большим, чем эффективная длина диффузии носителей заряда в приповерхностной области слоя высокоомного фотополупроводника, обращенной к слою диэлектрика, 35

1770939

Фог. 2

ФИГ. 3

40

50

Составитель И.Захаров

Техред М.Моргентал Корректор М,Керецман

Редактор Т.Куркова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, yn,Гагарина, 101

Заказ 3742 Тираж Подписное

БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СCCP

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