Фотогальваномагнитный датчик
1. ФОТОГАЛЬВАНОМАГНИТНЫЙ ' ДАТЧИК, представляющий собой пластину полупроводника с контактами, помещенную в магнитное поле, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных Возможностей, он выполнен на основе варизонного полупроводника с градиентом ширины запрещенной зоны, направленным к освещаемой поверхности, а контакты расположены в плоскости, перпендикулярной направлению градиента.2. Датчик по п. 1, отлича ющ и и с я тем, что, с целью управления величиной и знаком фотоответа,градиент ширины запрещенной зоны vEq выбран из условия:-|-< IvEgl < -f-кТ,где &- 0,01 эЪ1d - толщина пластины^ L - диффузионная длина неосновных носителей; к - постоянная Больцмана*, Т - температура.i(Лс1^NAи*^^Од О Ф ^ •^сл
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н ABTQPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2369557/18-25 (22) 08.06.76 (46) 15.11.86. Бюл, Ф 42 (71) Ордена Ленина физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе (72) А.Я.Вуль, С.Г.Петросян, И.И.Сайдашев и Ю.В.Шмарцев (53) 621.382(088.8) (56) Пасынков В.В,, Чиркин Л,К., Шинков А.Д. Полупроводниковые приборы.
M. изд. "Высшая школа", 1973.
Амброзяк А. Конструкция и технология полупроводниковых фотоэлектрических приборов. М,, изд. "Сов.радио", 1970. (54)(57) 1. ФОТОГАЛЬВАНОМАГНИТНЬЙ
ДАТЧИК, представляющий собой пластину полупроводника с контактами, помещенную в магнитное поле, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможнос„„Я0„„606475 (5g 4 Н 01 L 31/08 Н 01 L 43/00 тей, он выполнен на основе варизонного полупроводника с градиентом ширины запрещенной зоны, направленным к освещаемой поверхности, а контакты расположены в плоскости, перпендикулярной направлению градиента.
2. Датчик по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью управления величиной и знаком фотоответа,градиент ширины запрещенной эоны 7И выбран из условия: где — О, 01 эВ, d — толщина пластины, L — диффузионная длина неосновных носителей; к — постоянная Больцмана, Т вЂ” температура.
606475
Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к полупроводниковым приемникам излучения.
Известны полупроводниковые приемники излучения, например фоторезисторы, представляющие собой полупроводниковую пластину с контактами, сопротивление которой зависит от освещенности..
Наиболее близким техническим решением к изобретению является фотогальваномагнитный приемник излучения, представляющий собой пластину из полупроводникового материала с контактами, помещенную в магнитное поле, При освещении поверхности пластины излучением, распространяющимся перпендикулярно направлению магнитного поля, в пластине возникает ЭДС ь направлении, перпендикулярном на- правлению распространения света и направлению магнитного поля.
Фотогальваномагнитные приемники являются неселективными, так как их спектральная характеристика имеет вид кривой с максимумом. Вследствие этого их функциональные возможности ограничены, в частности данные приемники не могут служить твердотельными спектрометрами излучения.
Цель изобретения — расширить функциональные возможности фотогальваномагнитного датчика.
Цель достигается тем, что фотогальваномагнитный датчик выполнен на основе варизонного полупроводника с градиентом ширины запрещенной зоны, направленным к освещаемой поверхности, а контакты расположены в плоскости, перпендикулярной направлению градиента, С целью управления величиной и знаком фотоответа, градиент ширины запрещенной зоны VE выбран из условия — -< VE-1 < -- —— где 5 — 0,01 эВ
d - толщина пластины, 1 - диффузионная длина неосновных носителей, к — постоянная.Больцмана, Т вЂ” температура.
Фотогальваномагнитный датчик работает следующим образом.
В этом случае при освещении пластины светом с энергией фотонов
hQ< и hd направление диффузионных фототоков взаимно противоположное.
Следовательно, и знак фотоэдс, определяемый силой Лорентца, будет различным в этих граничных случаях.
Амплитуда фотоэдс при hQ и hQ будут также отличаться по абсолютной величине, поскольку существующее внутреннее поле варизонной структуры по разному влияет на диффузионные потоки от передней и задней граней.
В первом случае направление дрейфа в поле структуры совпадает с направПри освещении пластины полупроводника (например п-типа), помещенной в магнитное поле, со стороны широкозонной области на контактах, располо5 женных в плоскости, перпендикулярной направлению изменения ширины запрещенной зоны, возникает фотомагнитная
ЭДС.
Использование в качестве фотогальваномагнитного датчика пластины полупроводника с переменной шириной запрещенной зоны расширяет функциональные возможности датчика, поскольку в этом случае амплитуда и знак фотомагнитной ЭДС зависят от длины волны падающего света.
Действительно, при варизонной структуре датчика свет разных частот поглощается в разных точках полупроводниковой пластины. Так, например, свет с энергией фотонов h9< > Еч (E
25 пластины) поглощается у передней грани. В свою очередь, свет с энергией фотонов h 3 = E>q (Eqi — минимальная ширина запрещенной зоны полупроводниковой пластины у задней грани плас30
4 тины) проходит через пластину и пог-. ощается у задней грани. При опреде ленных условиях это приводит к тому, что величина фотоответа монотонно зависит от частоты света, причем фотоотклик меняет знак при некоторой частоте света <3 <),<43,<И).
Данные условия реализуются, если градиент ширины запрещенной зоны выбран следующим образом:
2кТ вЂ” — < дк- <.— ——
d L
606475
Редактор П.Горькова Техред В.Кадар
Корректор М.Самборская
Заказ 6259/2 Тираж 643 Подписное
ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
1 t3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно -полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 лением диффузии и способствует ей, во втором — тормозит диффузию. При слабых полях (Е < 5<7/Ь ) влиянием дрейфа на диффузионные процессы можно пренебречь.. Тогда при освещении 5 пластины светом с частотой I 4 По мере увеличения градиента ширины запрещенной зоны влияние дрейфа на движение носителей увеличивается и нулевая точка будет перемещаться 20 по оси частот. При чЕ,1>2кТ/L влияние дрейфа станет преобладающим, и носители, образованные светом с частотой h 2 = E9L не будут давать существенного вклада в Аотоэдс — 25 знак фотоэдс при изменении длины волны падающего света не изменится. С другой стороны, при очень малом градиенте ширины запрещенной зоны свет с частотой h > = Е будет в основ- 30 ном поглощаться в толще полупроводника и не дойдет до задней грани образца. Согласно правилу Урбаха, коэффициент поглощения o(полупровод- ника при h+ Ея определяется следу я5 hQ En, ющим образом: с = h @ = E,qo, а Ь 0,01 эв. Следовательно, градиент ширины запрещенной зоны, при котором свет с частотой 1 hQ Е „ будет доходить до задней грани образца, определится из условия Ь hvE, где h — толщина пластины. Следовательно, градиент запрещенной эоны ограничен сверху и сникТ зу. - - аЕ (2, тогда спектральная характеристика фотогальваномагнитного датчика будет иметь вид монотонной кривой, проходящей через нуль. Таким образом, предлагаемый фотогальваномагнитный датчик обладает большими функциональными возможностями, нежели прототип. В частности, монотонная зависимость спектральной чувствительности от частоты света позволяет использовать его как спектрометр, а изменение знака фотоотклика при переходе через граничную частоту дает воэможность использовать его для автоматического приема строго монохроматического излучения. При этом выбором величины Е (т.е. состава твердого раствора или материала полупроводника) у освещаемой стороны пластины фотогальваномагнитного датчика можно в широком интервале изменять частоту, при которой фотоотклик меняет знак. Следовательно, возможно создание фотогальваномагнитного датчика на заранее заданную частоту света.