Способ считывания сигнала с полупроводникового фотоприемника на р-п переходах
ВСЕОО .-, НА«) c f a сн(-;;л„,, 1 „:на я д
c f a (11) 579б 54
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заввлено140775 (21) 2156103/24 с присоединением эайвкн Ю— (вЗ) Приоритет— (43) Опубликовано 051177,Бюллетень % 41 (45) Дата опубликований описаний,10.1277 (51) М. Кл.
G 11 С 11/34 (ВВ1)(й 81эенВН1 aailfaT
Ввмтв laaaasysa 6OCF аа рпв aaalyawaa и лнунтв) (58) УДК681.327.66 (088 8) (72) Автори изобретений е ° Б.Володин, А.В.Ольховский и Г, с, Рычков (54)СПОСОБ СЧИТЫВАНИЯ СИГНАЛА С ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО
ФОТОПРИЕМНИКА HA ю -n -ПЕРЕХОДАХ
Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано, например, в голографических ЗУ с полу1проводниковым фотоприемником, имеющим, по крайней мере, один ю-и-переход и 5 конденсатор или хотя бы два;встречно включенных ю -n --перехода, способных хранить на барьерных емкостях запирающий заряд (фотоднод с развязывающим диодом, фототранэистор и др.). }О
Известен способ считывания с фото транзистора, работающего в режиме на- копления заряда, путем его освещения и подачи импульса напряжения считыва ния на его коллектор (Ц . Его недос- N татком являетса. больмая,величина напряжения и тока импульсов считывания наиболев блнзйий rio технической. сущности к.иэобретенив является спо-. соб считывания сигиana,c. олупровод ф- + кового. фотоприемника на р-в переходах, основанный на облучении и подачЪ импульса считывания через p-n -переход 12).
Недостатком этого способа явдяется большая постоянная времени (>.1 мсек) реакции на слабый световой сигнал, обусловленная нелинейностью вольт-амперной характеристики (ВАХ) эмнттерн рго перехода. Это приводит,в частноств, 30
2 м ухудшенн@ фоточувствительности 3
- / в при низкой энергии излучения
)в и высокой частоте считыванияМ, когда З + З вЂ” " И-: Сф - (10 "- Фt t Ч/ Q Ч f 0,6 мф — фотото«, ! темн ов ой ток l 0 - 1 0 A/ñìa XC; - суммарная емкость р- я. -пере«сдав т Ъ - 26 мВ -термический потенциал) -длительности импульсов свЬта и считывания. Оптоэлектронные системы обработки йиформации требуют от фотоприемника высокой фоточувствительности (Ь 10 10 в дж/эл ) при высоком быстродействии 9й 10 гц) - Эти требования не удов- 4 летворйстся при Известных сйособах считывания сигнала с указанных фотоприемников. Целью изобретения является повышение быстродействия фотоприемника. Поставленная цель достигается тем, что по предлагаемому способу уменьша ют заряд барьерных емкостей ф — и -первхода и глодают дополнительный импульс 579654 считывания через )э -и -переход а также lp тем, что заряд барьерной емкости р -n перехода уменьшают введением основных носителей в область р - ) -перехода. И „. Дополнительным облучением фотоприем- ника. На чертеже дана схема устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит интегральный двухэмиттерный п -p --n -транзистор 1 выполненный на р-подложке 2, области 3-6 которого облучаются детектируемся светом или иным излучением 7, генерирующим неосновные носители. Эмиттер, 6 транзистора подключен к генератору & импульсов напряжения считывания 9, подложка 2 — к генератору 10 напряжения смещения 11, коллектор 4 — к источнику 12 постоянного напряжения, а эмиттер 5 — к усилителю считывания 13. Изнестный способ реализуется на схеме, являющейся частью схемы, описанной выше. По известному способу считывание производится импульсом 9. Этот импульс заряжает барьерную емкость (Kokдеист тор 15) через эмиттерный переход 5. Одной из обкладок конденсатора 15. является оторванная база 3, способная хранить отрицательный заряд. Если импульс достаточно ) лителен и многократно повторяется с Перйодом, много меньшим постоянной времени рассасывания заряда через утечки обратно смещенных р-и -переходов, то н темно-. те ток 14 зарядки и напряжение на эмиттерном переходе 5 во время дейст Рия импульса считывания постоянно :уменьшаются.до нуля. В паузах между импульсами заряд, ) ранящи&ся на базе 3, создает отрицательный потенциал, смещающий змиттерный переход 5 в за.порном напранлении. Под действием из:лучения 7 заряд и отрицательный по тенциал на базе. 3 уменьшаются наЬЯ и AV . В результате после освещения импульс 9 смещает эмиттерный переход 5 и прямом Направлении на йЧ (йЧ пропорционально лучистой энергии). Этот импульс восполняет заряд конденсатора 15 через эмиттерный переход :5.. Ток через этот переход, усиленный в р раз, является током 14 регистрации. Он тем больше, чем больше эмиттерный переход 5 смещен н прямом на;правлении, т.е. чем бсльше дЧ, а, сяе довательно, и hQ Из-за нелинейности ВАХ р -n --перехода считываемый сигнал (ток 14) зависит от принятой лучистой энергии нелинейно. Нри этом сильно меняется и постоянная времени изменения тока 14 (от 10 до 10 8 сек) . Таким . образом, при малых лучистых энергиях, когда дЧ меньше термического потенци. ала щ (для S; р,„26.мЬ ), инерционность приемника очень велйка, и один импульс считывания не восполняет требуемый для равновесия заряд.В общем случае прямое смещение эмиттерного перехода ьЧ при действии импульса 9 складывается из нескольких составляющих, вызываемых излучением лЧ, тем новым током утечки ьЧ, остаточным напряжением, сохранившимся на кон(I i денсаторе 15 от предыоущих считываний . аЧ р(Ф аЧ +дМ +аЧ, ) . Для выхода на малые постоянные времени необходимо, чтобы лЧэ превосходило напряжение отпирания р - n -перехода (Ч„0,5В ) . Однако ьЧ. при малых лучистых энергиях близко к нулю, Н мало, поэт му существенную роль играЬ ет результат интегрирования лЧ предыдущих считываний, т.е. результат зна чительной инерционности. Грубую оцен» ку числа периодов считывания, затрачиваемых на переходный процесс при переключении, дает отношение hYkhЧ По предлагаемому способу для устранения указанной нелинейной зависимос. 25 ти и связанной с ней большой.инерционности уменьшают запирающий заряд конденсатора 15, увеличивая потенциал базы 3 .в прямом Направлении на величину, больщую чем термический потенциал Ю - 26 иб. (Условие большого сигнала . После уменьшения запирающего заряда независимо от результатов предыдущих считываний рабочая точка выводится в область больших токов. Но при боль; Зя ших предыдущих засветках возможен ны ход в режим насыщения, когда уничтожается весь запирающий заряд, внесен ный импульсом считывания, и фотоприемник становится нечувствительным к излучению. Для внесения запирающего заряда в базу 3 и обеспечения стационарных начальных условий, когда рабочая точка выведена в область ® ВАМ p — n -перехода, подают дополнител ны1 импульс считывания 16. Уменьшение а пирающего заряда конденсатора 15 осу> ществляют током оснонных носителей (дырок) иэ областей прибора в область р -n -перехода, хранящую запирающий заряд. (н базу 3). Ток основных носителей может возбуждаться дополнительно ным излучением 17, нагревом или дополнительным р - 1 -переходом (области 2-4.).йод действием напряжения смещения 11. таким образом донолиитель" ный введенный заряд и дополнительный импульс считйвания 17 обеспечивают режим, аналогичный режиму воздействий и считывания больших лучистых энергиф. Этот режим большого сигнала задает стационарные начальные условия и малую йнерционность фотоприемника независимо от детектируемой лучистой энергии. Предлагаемый способ увеличивает 85 )5ыстродействие полупроводниковых высс 579654 Составитель В.Туляков Редактор Л.утехина Техред A.Вогдан Корректор С.ШекмаР Заказ 4401/47 Тираж 729 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 14/5 Филиал ППП Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 кочувствительных фотоприемников на р -n --переходах„- работающих в режиме накопления заряда, на 3-4 порядка, что йоэволяет использовать их в быстродействующих системах обработки оптической информации (например, в голографв5 леском ЗУ) вместо дорогостоящих и нечИадежных электрооПтических приборов. Формула изобретения 10 1.Способ считывания сигнала с полу роводникового фотоцриемника на - tt-переходах основанный на облучении и подаче импульса.считывающий через р -и переход, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия. еньшают заряд:барьерных емкостей-, ф-и -перехода н подают дополнительно Импульс считывания через р -tt -переход. 2.Способ по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что заряд барьерных емкостей р -й -перехода уменьшают вве.дением основных носителей в область -и -перехода. 3.Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что заряд барьерных емкостей р -а -перехода уменьшают до полнительным облучением фотоприемника. Источники информации, принятые sc внимание прн экспертизе: 1. ЗИй Ъ анз ои ИесЕ оп 11еисев, vol .. Е9 -15,Й4, 1968 r. 2.3ЯЕЯ of Зо0с1 State С сиИ4 Ч 7, 9 5 1972, р.411.
