Преобразователь электромагнитного излучения в электрических сигнал

 

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, вьтолненный на основе двух полупроводников с различными ширинами запрещенных зон, образующих запорный контакт для носителей тока одного знака, отличающийся тем, что, с целью обеспечения записывания оптического изображения путем его преобразования в потенциальный рельеф, слой широкозонного полупроводника выполнен толщиной не более 5 мкм и содержит примеси или дефекты в таком § количестве, что для носителей тока противоположного знака образован сл запорный контакт, и центры захвата носителей тока в количестве не менее 10 см . ы с

сооз советсних социАлистичесних

РЕСПжЛИН

„„BU„„743507 (51)4 Н 01 ? 31/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2755891/18-25 (22) 03.05 ° 79 (46) 23.10.85. Бюл. У 39 (72) А.Ф. Плотников, Ю.M. Попов, В.А. Толоконников и В.Э. Шубин (71) Ордена Ленина физический институт им. П.Н. Лебедева (53) 621.382 (088.8) (56) 1. Алферов Ж.И. и др. Фотоэлектрические преобразователи концентрированного солнечного излучения на основе АОСаАэ-гетероструктур,--Физика и техника полупроводников, 1979, т. 13, вып. 3, с. 504-509.

2. Патент СИА У 4016586, кл. 357-2, опублик. 1977 (54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, выполненный на основе двух полупроводников с различили ширинами запрещенных зон, образующих эапорный контакт для носителей тока одного знака, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения записывания оптического иэображения путем его преобразования в потенциальный рельеф, слой широкозонного полупроводника выполнен толщиной не более 5 мкм и содержит примеси или дефекты в таком количестве, что для носителей тока противоположного знака образован эапорный контакт, и центры захвата носителей тока в количестве не менее 10 см . н

743507

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, регистрирующих оптические сигналы и иэображения, и может быть использовано в оптоэлектронике. 5

Известны преобразователи электромагнитного излучения в электрический сигнал на основе гетеропереходов (1$ .

Приборы, создаваемые на их основе,10 решают задачу прямого преобразования падающего на них электромагнитного излучения в электрический ток и не позволяют регистрировать пространственную структуру проеци- 15 руемого на них поверхность оптического изображения.

Наиболее близким по технической сущности к изобре гению является преобразователь электромагнитного 20 излучения в электрический сигнал, выполненный на основе двух полупроводников с различными ширинами запрещенных зон, образующих запорный контакт для носителей тока одного знака (2).

Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет производить регистрацию пространственной структуры оптического изоб- ЗО ражения. Связано это с тем, что носители тока, образующиеся под действием регистрируемого излучения в узкозонном полупроводнике и попадающие затем в слой широкозонного полупроводника, перераспределяются в плоскости гетероперехода вследствие диффузии, так что контрастного, потенциального рельефа, сохраняющегося в течение времени, 49 необходимого для его считывания„ не образуется.

Целью изобретения является обеспечение записывания оптического изображения путем его преобра- 45 зования в потенциальный рельеф.

Для достижения поставленной цели в предложенном преобразователе широкозонный полупроводник выполнен толщиной не более 5 мм и содержит 5О примеси или дефекты в таком количестве, что для носителей тока противоположного знака образован запорный контакт, и центры захвата носителей тока в количестве не 55

11 менее 10 см .

Фотоносители, попадающие в этот слой из слоя узкозонного полупроводника, захватываются на эти центры, образуя потенциальный рельеф, соответствующий проецируемому изображению. Концентрация центров захвата должна быть не менее 10 см для 1 получения необходимого контраста потенционального рельефа. Для того чтобы не происходило паразитного заполнения центров захвата темновыми инжекционными токами, на границе полупроводниковых слоев образованы запорные контакты для носителей тока обоих знаков, что достигается, например, очищением широкозонного слоя от легирующих примесей или их компенсацией.

Толщина слоя широкозонного полупроводника должна быть не более

5 мкм для получения эффективной модуляции приповерхностной области узкозонного полупроводника, необходимой для последующего преобразования потенциального рельефа в электрический сигнал.

На чертеже показана зонная диаграмма.

Полупрозрачный контакт 1 выполнен к широкозонному полупроводнику

2, а к узкозонному полупроводнику 3 осуществлен омический контакт 4.

При попадании на гетеропереход со стороны полупрозрачного контакта регистрируемого излучения с энергией фотонов, превышающей, например, высоту барьера валентная зона узкозонного полупроводника — зона проводимости широкозонного полупроводника Гр в зоне проводимости узкозонного полупроводника возникают носители тока — электроны с энергией, достаточной для того, чтобы, преодолев этот энергетический барьер, попасть в зону проводимости широкозонного полупроводника. Часть этих электронов захватывается центрами захвата в слое широкозонного полупроводника, создавая на освешенном участке встречный отрицательный заряд на время, достаточное, по крайней мере, для однократного считывания потенциального рельефа, соответствующего спроецированному изображению.

Для считывания потенциального рельефа без его разрушения можно использовать, например, сканирующий на поверхности преобразователя сфокусированный световой луч с энергиРедактор И.Данилович Техред З.Палий Корректор H. Эрдейи

Заказ 7022/2

Тираж 678 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 ей фотонов, лежащий в пределах кЕ <Е Е, где а Š— ширина запрещен7 ной зоны узкоэонного полупроводника. При этом в месте нахождения считывающего светового пятна в приповерхностной области узкозонного полупроводника возникают электроннодырочные пары. Если на данном участке существует встроенный отрицательный заряд в широкозонном полупроводнике, а следовательно,и приповерхкостный изгиб зон узкозонного полупроводника, то электронно-дырочные пары разделяются в поверхностном электрическом поле, в результате возникает так называемая приповерхностная фотоЭДС tl которую можно регистрировать. На участке преобразователя, где отрицательный заряд отсутствует, наличие электронно-дырочных пар, генерируемых считывающим светом, не приводит к возникновению фотосигнала вследствие отсутствия приповерхностного электрического поля в узксзонном полупроводнике.

Осуществив развертку светового луча одновременно и по f координате, подав на яркостный электрод электронно-лучевой трубки усиленный видеосигнал и синхронизировав развертку электронного и светового лу43507 4 чей, можно визуализовать потенцчальный рельеф, записанный на гетеропереходе в видемое иэображение на люминесцентном экране.

Стирание потенциального рельефа можно осуществлять различными способами, например, используя термостимулированное опустошение центров захвата или применяя фотовоз10 буждение захваченных носителей тока. Кроме того, для стирания можно использовать эмиссию в слой широкозонного полупроводника носителей тока противоположного знака (в

1 рассмотренном случае дырок) или собственную фотопроводимость широкозонного полупроводника.

В качестве примера гетеропереходов, реализующих преобразование оптического изображения в электрический сигнал, можно назвать, например

Ge-ZnSe, JnSb-CdTe u Ge GaSb.

В устройстве на основе Ge-ZnSe

25 была получена чувствительность к регистрируемому излучению до

-8

10 дж/см, пространственное разрешение не хуже 15 мкм, время сохранения записанной световой информации не менее суток при комнатной температуре, спектральная чувствительность 0,2-1 мкм.