Координатно-чувствительный приемник оптического излучения

Авторы патента:

H01L31/09 - приборы, чувствительные к инфракрасному, видимому или ультрафиолетовому излучению (H01L 31/101 имеет преимущество)

Владельцы патента RU 2246779:

ФГУП Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина (RU)

Изобретение относится к приемникам оптического излучения для применения в оптоэлектронных и робототехнических устройствах, служащим для регистрации параметров оптического излучения. Технический результат изобретения: повышение чувствительности. Сущность: координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения включает стеклянную подложку, фоточувствительную АФН-пленку (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлические контакты и получен из полупроводниковых соединений в виде ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек начиная с ≈1 мкм. 2 ил.

Изобретение относится к приемникам оптического излучения, а именно, для применения в оптоэлектронных и робототехнических устройствах для регистрации параметров оптического излучения.

Известен координатно-чувствительный датчик для регистрации параметров оптического излучения, состоящий из фотодетектора, например ПЗС-матрицы, перед которым установлен оптический элемент, коэффициент пропускания которого изменяется в зависимости от местонахождения на световом диаметре элемента [1].

Недостатком этого датчика является сложность оптической системы, низкая чувствительность и обязательное применение электропитания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому приемнику является координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения “КЧП-1М”, состоящий из стеклянной подложки, фоточувствительной АФН-пленки (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлических контактов [2].

Недостатком “КЧП-1М” является низкая чувствительность к координатам оптического излучения.

Задачей изобретения является создание координатно-чувствительного автономного приемника оптического излучения повышенной чувствительности.

Поставленная задача решается за счет того, что координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения, полученный из полупроводниковых соединений в виде ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек, начиная с ≈1 мкм.

Для получения пленок различной толщины использована вакуумная установка ВУП - 2к. В рабочей камере вакуум достигал порядка 10^-4 - 10^-5 мм рт.ст., температура подложки 310-480°С, подложку располагают под углом 45° к направлению молекулярного пучка.

В качестве подложек использовалось стекло толщиной 2 мм. Подготовленные подложки помещались в специальный держатель и на поверхность подложки устанавливалась маска из изоляционного материала (гетинакс). В рабочую камеру устанавливался микроэлектродвигатель 2 об/мин, для открытия или закрытия поверхности подложки. Открытие поверхности подложки осуществляется электродвигателем при помощи легкого термического шнурка, связанного с маской. При вращении двигателя постепенно открывается поверхность подложки. Пленки, полученные на подложке с размером 2×20 мм², ступенчатообразны. Толщина каждой ступени определялась при помощи интерференционного микроскопа МИ-4.

На фиг.1 приведено изображение аномально фотонапряженной пленки: 1 - ступенчатообразный фоточувствительный слой из кристаллического теллурида кадмия; 2 - стеклянная подложка, 3 - металлические контакты Ф₀-поток падающего направленного монохроматического излучения.

Падающий поток света Ф₀ генерирует фотонапряжение АФН. Меняя координаты монохроматического излучения по ступенькам от 1-2,0 мкм, пропорционально уменьшается генерируемое фотонапряжение V_афн.

Проанализировав графики толщиной зависимостей можно считать, что АФН-эффект в пленках типа теллурида кадмия связан с суммированием напряжений р-п переходов, образующихся на границе гексогональной и кубических фаз. Многочисленные опыты показывают, что для пленок типа теллурида кадмия эффективная толщина чувствительного слоя составляет 1 мкм. Исследованы зависимости V_афн (В) от толщины пленки (фиг.2).

В исследованных нами термически обработанных пленках, фотонапряжение сначала возрастало (до 1 мкм толщиной), а потом с увеличением толщины уменьшалось. Монохроматическое освещение при всех измерениях поддерживалось постоянным I=10⁴ лк.

Пример 1. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 420°С в вакууме 10^-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка и сверху покрывают маской. Постепенно открывается подложка и образцы ступенек. Толщина каждой ступеньки составляет 0,8 мкм, 1,3 мкм, 1,5 мкм, 1,8 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 65 В, 32 В, 26 В, 8 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

Пример 2. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 470°С в вакууме 10^-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, и сверху покрывают маской. Постепенно открывается подложка и образуются ступеньки. Толщина каждой ступеньки составляет 0,9 мкм, 1,4 мкм, 1,6 мкм, 1,8 мкм, 2 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 55 В, 38 В, 33 В, 26 В, 12 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

Пример 3. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 480°С в вакууме 10^-4 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, и сверху подготовлена маска для покрытия. Ступенчато закрывается подложка, при этом образуются ступеньки. Толщина каждой ступеньки составляет 0,9 мкм, 1 мкм, 1,3 мкм, 1,3 мкм, 1,8 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 110 В, 86 В, 38 В, 26 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

Пример 4. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 480°С в вакууме 10^-4 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, и сверху подготовлена маска для покрытия. Ступенчато закрывается подложка, при этом образуются ступеньки. Толщина каждой ступеньки составляет 1 мкм, 1,2 мкм, 1,4 мкм, 1,6 мкм, 1,8 мкм.

Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 150 В, 96 В, 85 В, 43 В, 22 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

В координатно-чувствительных фотогенераторах на основе пленок теллурида кадмия можно разработать координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения. Входной сигнал содержит информацию о направлении и величине смещения излучающего объекта. На основании ступенчатообразного полученного АФН-пленку по способу получения координатно-чувствительного фотогенератора изготовлен координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения.

Координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения предназначен для определения координат источника светового излучения. Входной сигнал содержит информацию о направлении и величине смещения излучающего объекта.

Литература

1. Optischer Sensor. Заявка № 19714820, Германия, МПК⁶ G 01 J 1/22, В 64 G 1/36, опуб. 15.10.1998.

2. Мирзамахмудов Т.М., Рахимов Н.Р., Гафуров У.А. Координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения “КЧП-1М”. М., Внешторгиздат. № 3823Т, 1991.

Координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения, включающий стеклянную подложку, фоточувствительную АФН-пленку (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлические контакты, отличающийся тем, что координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения получен из полупроводниковых соединений в виде ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек, начиная с ≈1 мкм.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может использоваться для создания полупроводниковых фотоприемников, в частности фоторезисторов для регистрации и измерения светового излучения.

Фотоприемное устройство // 2244365

Первичный измерительный преобразователь ультрафиолетового и гамма-излучений, осуществляющий компенсацию погрешностей, вызванных влиянием темновых токов // 2189667

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, предназначенным для измерения электромагнитных излучений, работающих в диапазоне длин волн от ультрафиолетового до гамма-излучений.

Полупроводниковый датчик ультрафиолетового излучения // 2178601

Изобретение относится к микроэлектронике. .

Полупроводниковый датчик ультрафиолетового излучения // 2155418

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в технологии конструирования полупроводниковых датчиков ультрафиолетового излучения (УФИ). .

Детектор рентгеновского излучения // 1644637

Изобретение относится к регистрации излучений и может быть использовано для регистрации жесткого рентгеновского излучения на фоне гамма-излучения. .

Полупроводниковый датчик ультрафиолетового излучения // 2292609

Изобретение относится к микроэлектронной измерительной технике и может быть использовано в конструкции и технологии производства полупроводниковых датчиков ультрафиолетового излучения (УФИ)

Двумерный координатно-чувствительный приемник оптического излучения // 2361323

Изобретение относится к приемникам оптического излучения, а именно для применения в оптоэлектронных и робототехнических устройствах для регистрации параметров оптического излучения

Способ регистрации излучения фотоприемной матрицей // 2399990

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к излучению, и может быть использовано для разработки фотоприемников, в частности, предназначенных для регистрации инфракрасного излучения

Полупроводниковый приемник инфракрасного излучения // 2488916

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, точнее к компактным фотоприемникам излучения в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн, применяемым в различных областях науки и техники, в промышленности, а именно в спектроскопии, в медицине, оптических системах связи и передачи информации, в оптических сверхскоростных вычислительных и коммутационных системах

Наноструктурный ик-приемник (болометр) с большой поверхностью поглощения // 2511275

Изобретение относится к области создания детекторов инфракрасного излучения и касается болометрического ИК-детектора. Детектор состоит из мембраны площадью S с термочувствительным элементом (ТЧЭ) и поглотителем электромагнитной энергии (ПЭЭ), прикрепленной к подложке с помощью токопроводящих шинок. ТЧЭ и ПЭЭ объединены в одном элементе, который выполнен в виде покрытия из тонкопленочного монокристального материала Bi1-xSbx (0<x<12). Покрытие максимально покрывает поверхность мембраны и включает полоску, которая отделена зазорами шириной l от остальной части покрытия за исключением концов полоски, соединенных с остальной частью покрытия. Кроме того, покрытие разделено щелью на две части, электрически соединенные указанной полоской. Параметры болометра удовлетворяют следующим соотношениям: R/2Z<1, где R - удельное поверхностное сопротивление пленки, Z=120π Ом - импеданс свободного пространства; S/χ1>l2/χ2, где χ1 - температуропроводность среды, непосредственно контактирующей с мембраной, χ2 - температуропроводность материала мембраны. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении удельной обнаружительной способности устройства. 1 ил.

Приемник ик-излучения болометрического типа // 2515417

Изобретение относится к области создания детекторов инфракрасного излучения и касается болометрического ИК-детектора. Детектор состоит из мембраны площадью S с термочувствительным элементом (ТЧЭ) и поглотителем электромагнитной энергии (ПЭЭ), прикрепленной к подложке с помощью токопроводящих шинок. Функции (ТЧЭ) и (ПЭЭ) объединены в одном элементе, который выполнен в виде 2N периодических решеток, ориентированных взаимно перпендикулярно друг к другу. Решетки состоят из n тонкопленочных монокристальных полосок, изготовленных из Bi1-xSbx (0<x<12), и представляют собой n фазированных антенн с периодом L=λ/2. Параметры болометра удовлетворяют следующим соотношениям: Δλ≤(λ/n+λR0/2Z), τ<20a×b/χ, R0/2Z<0,5, где Δλ - интервал регистрируемых длин волн на основной длине волны λ, Z=120π Ом - импеданс свободного пространства, χ - температуропроводность среды, непосредственно контактирующей с мембраной, а - ширина, b - длина полосок, Ro - сопротивление квадратного участка поверхности полоски, τ - время выхода на стационарное состояние при воздействии прямоугольного импульса электромагнитной энергии. Технический результат заключается в повышении быстродействия устройства. 1 ил.

Детектор излучения // 2517802

Изобретение относится к области низкоразмерной нанотехнологии и высокодисперсным материалам и может быть использовано при изготовлении детекторов электромагнитного излучения, преимущественно оптического, с наноструктрированным поглощающим (фоточувствительным) слоем. Детектор излучения снабжен прозрачными контактами и контактами основы, между которыми расположен массив наногетероструктурных элементов, образованных донорными полупроводниковыми слоями, между которыми расположен поглощающий полупроводниковый слой. Массив наногетероструктурных элементов образован в порах матрицы оксида алюминия с диаметром пор от 40 до 150 нм. Донорные полупроводниковые слои и поглощающий полупроводниковый слой образуют структуру узкозонный полупроводник/широкозонный полупроводник/узкозонный полупроводник. Донорные полупроводниковые слои выполнены из Ge, поглощающий полупроводниковый слой выполнен из ZnSe(1-x)Sx. В качестве контактов основы используется никель, или серебро, или оксид индия-олова, в качестве прозрачных контактов используется пленка оксидов индия-олова. В качестве основы используют подложку из Si. Расстояние между контактами основы составляет от 1 до 10 мкм. Изобретение обеспечивает повышение точности позиционирования устройств, в которых реализуются сверхмалые перемещения: сканирующих атомно-силовых и туннельных микроскопов, микро- и наноэдьюкаторов и др., кроме того, достигается высокая точность фиксации перемещения. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

Автономный приемник рентгеновского и ультрафиолетового излучения // 2522737

Использование: для регистрации рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Сущность изобретения заключается в том, что автономный приемник для регистрации рентгеновского и ультрафиолетового излучения включает металлический корпус, прозрачную диэлектрическую подложку, фоточувствительный слой из АФН-пленки и металлические контакты, при этом между прозрачной диэлектрической подложкой и металлическим корпусом помещено отражающее покрытие, приемник снабжен полусферической зеркальной крышкой, имеющей окно, прозрачное для рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Технический результат: повышение чувствительности при регистрации рентгеновского и ультрафиолетового излучения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Сверхширокополосный вакуумный туннельный фотодиод для детектирования ультрафиолетового, видимого и инфракрасного оптического излучения и способ для его реализации // 2523097

Изобретение относится к оптоэлектронике и вакуумной микроэлектронике и может быть использовано при создании сверхширокополосных фотодетекторов в ультрафиолетовой, видимой и ИК области спектра для оптической спектроскопии и диагностики, систем оптической связи и визуализации. Cверхширокополосный вакуумный туннельный фотодиод, детектирующий оптическое излучение в УФ, видимой и ИК спектральной области, характеризующийся тем, что форма поверхности фотоэмиттера представляет 3D пространственно наноградиентную структуру с заданным коэффициентом усиления локальной напряженности электростатического поля, расстояние между фотоэмиттером и анодом формируется в микро- или нанометровом диапазоне. Фотодиод создан на основе матрицы диодных ячеек планарно-торцевых автоэмиссионных структур с лезвиями α-углерода. Также предложен способ создания сверхширокополосного вакуумного туннельного фотодиода в УФ, видимой и ИК спектральной области, характеризующийся тем, что поверхность фотоэмиттера, имеющего работу выхода А, создают в виде 3D пространственно наноградиентной структуры с заданным коэффициентом усиления локальной напряженности электростатического поля β, формируют расстояние между фотоэмиттером и анодом в микро- или нанометровом диапазоне, при этом граничная величина напряжения на аноде Umax, соответствующая максимальному туннельному фотоэмиссионному току при детектировании оптического излучения с заданной длиной волны λ, определяется из предложенного соотношения. Изобретение обеспечивает возможность создания сверхширокополосного вакуумного туннельного фотодиода, позволяющего детектировать оптическое излучение в УФ, видимой и ИК спектральной области при использовании одного наноструктурного эмиттера с управляемой, изменением напряженности электростатического поля, «красной» границей фотоэффекта. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Быстродействующий широкодиапазонный инфракрасный микроболометрический детектор // 2574524

Изобретение относится к инфракрасной технике и может быть использовано при изготовлении микроболометрических матриц, детектирующих излучение в двух инфракрасных (ИК) диапазонах с длинами волн 3-5 мкм и 8-14 мкм, соответствующих окнам прозрачности атмосферы. Инфракрасный микроболометрический детектор включает в себя единственный микромостиковый слой с множеством пикселей, каждый из которых содержит по меньшей мере один структурный слой из нитрида кремния, детектирующий излучение слой из оксида ванадия и слой, содержащий поглощающий материал. Поглощающим материалом является пленка тантала толщиной от 3 до 20 нм, при этом толщина слоя нитрида кремния не превышает 210 нм, а толщина слоя окиси ванадия - 170 нм. Технический результат заключается в создании микроболометрического детектора, имеющего равные коэффициенты поглощения в двух спектральных диапазонах, и повышении его быстродействия без снижения разрешающей способности. 1 табл., 8 ил.