Фотоэлектрический преобразова-тель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТРРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических. Республик (ii) 822291

Ф

l (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 04. 07 ° 78 (21) 2636665/18-24 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет. 09. 10. 75

Опубликовано 15.0481. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 150481 (51)М. Кл.з

G 11 С 11/42

Государственныф комитет

СССР

Ilo делам изобретений и открытий (53) УДК 681 327 6 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.A.Áåðåçêèí, Е.Б.Володин и Г.С.Рычк (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в быстродействующих системах обработки оптической информации, в частности в голографических запоминающих устройствах.

Известны фотоэлектрические полупроводниковые преобразователи на фотодиодах (1) и (2)

Их недостатками явля Фтся низкая пороговая фоточувствительность (10,Цж/элемент) и низкое быстродей.ствие.

Известен фотоэлектрический полупроводниковый преобразователь, представляющий собой интегральную матрицу, ячейка которой имеет двухэмиттерный фототранзистор. Однотипные . эмиттеры транзисторов ячеек соедине- . ны взаимно перпейдикулярными шинами 20 (3).

Недостатком этого фотопреобразователя является длительный переходный процесс при переключении слабых световых сигналов (много более 1 мкс) Я

В результате, на высоких .частотах это устройство не позволяет реализовать чувствйтельность выше 10 10,Цж/элемент, к тому же чувствительность ограничивается помехами от 30

Ф сигналов управления и темновым током утечки, который сильно зависит от температуры, удваиваясь при увеличении ее на 10ОС.

Таким образом недостатками указанного фотопреобразователя является низкое быстродействие и низкая пороговая чувствительность и узкий температурный диапазон.

Современные системы обработки оп- тической информации требуют высокой чувствительности фотопреобразователя

10 -10,Цж/элемент при быстродействии

10 Гц, в широком температурном диапазоне (-60) -(+80 С) °

Цель изобретения — повышение быстродействия и пороговой фоточувствительности в расширенном температурном диапазоне.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрическом преобразова" теле, содержащем два двухэмиттерных тринзистора, первые из змиттеров которых соединены с шиной управления, вторые из эмиттеров — с соответствующими дифференциальными шинами счи" тывания, а коллекторы — с шиной смещения, и шину питания, оба двухэмит,терных транзистора выполнены инжек ционными и их инжекторы соединены с

822291 ч миной питания, причем, один из транзисторов заключен в светонепроницаемое покрытие.

Инжектор создает оптимальный рабочий режим фотопреобразователя, благодаря чему его быстродействие увеличивается на 3-4 порядка. При этом, однако, пороговая чувствительность—

3 фотопреобразователя ухудшается из-за возросших темновых токов. В общем . чувствительность ограничивается поме- 10 хами от сигналов управления темновыl ми токами утечки через р-и переходы и темновыми токами, вызванными инжектором. Применение в каждой ячейке двух одинаковых полупроводниковых приборов с затемнением одного из них и подключением выходов к дифференциальному усилителю позволяет скомпенсировать все указанные помехи, сохранив быстродействие. Помехи, связанные с изменением температуры так- 20 же компенсируются, так как приборы ячейки одинаковы и находятся в одинаковых условиях.

На фиг.1 представлена электрическая схема предлагаемого фотоэлектрического преобразователя; на фиг.2 конструкция одного из вариантов устройства.

Фотоэлектрический преобразователь содержит шину 1 смещения, две одина- ЗО ковых фоточувствительных полупроводниковых структуры, например фототранзисторы 2 и 3. Свет воздействует на фототранзистор 2 ячейки, а фототранзистор 3 защищен светонепроницаемым покрытием. Фототранзисторы ячейки двухэмиттерные,п-р-п типа с общим коллектором 4. Сигналы управления подаются на их базы 5 через емкость

6 p-n-перехода, образованного базой и эмиттером 7. Эмиттеры 8 транзисто- 40 ров 2 и 3, принадлежащих определенному столбцу, подсоединены к соответствующим дифференциальным шинам 9 считывания. В качестве инжектора, обеспечивающего рабочий режим больших то- у5 ков р-и-переходов (следовательно режим малых постоянных времени), в каждом приборе используется транзистор р-и-р типа, образованный подложкой 10 (эмиттер), эпитаксиальным сло- 5р ем коллектора 4 (база) и базой 5 и-р-и транзистора (коллектор). Устройство имеет шину 11 управления и шину 12 питания.

Оба фототранзистора каждой ячейки работают в динамическом режиме с накоплением заряда. Сигналы управления по шине 11 управления поступают на базы фототранзисторов 5 через барьерные емкости 6 змиттерных переходов 7. Они обеспечивают зарядку 46 .барьерных емкостей б фототранзистоpea, которые в паузе между импульсами управления разряжаются фототоком, темновым токам утечек и генератором тока. Очевидно, сигналы помех и темновые токи, являющиеся одинаковыми у рядом расположенных фототранзисторов интегральной схемы; компенсируются на дифференциальном усилителе, и на выходе усилителя реализуется сигнал, пропорциональный освещенности.Инжекторы разряжают частично барьерные емкости 6 и, тем самым, обеспечивают выведение фототранзисторов при импульсном опросе в режим больших токов, соответствующий малым постоянным времени. Инжекторы могут разряжать емкости б либо постоянным (как это показано на фиг.2), либо импульсным током в паузах между импульсами генератора опроса, обеспечивая величину заряда дырок, в 4-10 раз превосходящую величину максимального заряда фототока.

Предлагаемый фотопреобраэователь выгодно отличается от известного тем, что он обеспечивает высокчю пороговую

-14 -16 светочувствительность (10 -10 Дж/элемент), широкий температурный диапа- . зон (-60) †(+80 С) и высокое быстродействие (n10 с). Это расширяет область применения предлагаемого фотопреобразователя по сравнению с известным.

Формула изобретения

1. Фотоэлектрический преобразователь, содержащий два двухэмиттерных транзистора, первые из эмиттеров Ко торых соединены с шиной управления, вторые из эмиттеров †с соответствующими дифференциальными шинами считывания, а коллекторы - c шиной смещения, и шину питания, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и чувствительности преобразователя, двухэмиттерные транзисторы выполнены инжекционными и их инжекторы соединены с шиной питания.

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что один из двухэмиттерных транзисторов заключен в светонепроницаемое покрытие.

Источники информации, прйнятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 3614775, кл. 340-173, 1971.

2. Патент США М 3689900, кл.340-137, 1972.

3. "Tojctsu Sientific Technical

Journal", 1972, September, р.137151 (прототип).

822291

Фиг. 2

Составитель Ю.ушаков

Редактор Каминская Техред A.Ач Корректор Г.Назарова

Заказ 188б/80 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная,4