Фотоприймач

Винахід відноситься до напівпровідникової електроніки, а саме, до конструкції фотоприймача, і може бути використаний в пристроях вимірювальних приладів, автоматики і оптичного зв'язку. Відомі конструкції напівпровідникових фо топриймачів на основі р-n переходів з довгою базою, принцип дії яких складається з того, що концентрація нерівновісних носіїв заряду, утворюються в базі при її освітленні, збільшується за рахунок інжекції додаткових носіїв з р-n переходу (дивись Вікулін І.М., Стафєєв B.I. "Фізика напівпровідникових приборів", М. Радіо і зв'язок 1990, с.60-61.). Це спричиняє велике змінення струму через фотоприймач, а відповідно і деяке збільшення фоточутливості. Ближчим аналогом є фотоприймач, виконаний у вигляді напівпровідникової пластини довжиною порядку довжини дифузійного зміщення неосновних носіїв заряду з р-n переходом на одному кінці та омічним контактом на другому. Недоліком цього фотоприймача є низька чутливість до виявлення слабких світових сигналів. В основу винаходу поставлено задачу збільшення чутливості фотоприймача. Технічним рішенням задачі є розміщення не більш широкий стороні пластини металевого електроду, від окремного від пластини діелектриком, до того ж вузької сторони пластини повинна бути рівна товщині збіднілої області (зони) об'ємного заряду напроти електрода. На фігурі 1 приведено боковий розріз конструкції фотоприймача. Він складається з напівпровідникової пластини - 1 з р-n переходом - 2 на одному кінці та омічним контактом - 3 на другому. На нижній поверхні пластини розміщений металевий електрод - 4, відділений від пластини діелектриком - 5. Світовий потік Ф спрямований на верхню сторону пластини. Фотоприймач працює таким чином. На контакти 2-3 подається напруга V0 від джерела живлення у прямому напрямку відносно р-n переходу. На малюнку полярності напруги вказані для пластини з провідністю n - типу, для р - типу вони змінюються на протилежну. При негативній напрузі V3 на боковому електроді 4 проти нього в пластині утворюється збіднена носіями заряду область 6 та товщина каналу, по якому протікає струм І в пластині 1, зменшується. Між контактами 2-3 протікає малий струм І, з умовлений великим опором каналу. При освітленні пластині потоком світла Ф концентрація носіїв в ній, як і любому напівпровіднику, збільшується і опір каналу зменшується, що призводить до збільшення струму І між контактами 2-3. Зріст струму через р-n перехід 1-2 збільшує концентрацію інжектированих з нього носіїв заряду в пластині 1 та додатково зменшує опір каналу. Одночасно з цими процесами збільшення концентрації носіїв у каналі приводить до зменшення ширини області об'ємного заряду 6, що означає збільшення товщини каналу, що також збільшує стр ум через нього. Таким чином, якщо опір звичайного фото резистора зменшується при освітленні лише за рахунок збільшення концентрації носіїв заряду, зумовленого генерацією світла носіїв заряду в його об'ємі, то в запропонованому фотоприймачі опір зменшується за рахунок спільної дії трьох ефектів: 1. збільшення концентрації носіїв заряду в пластині напівпровідника при поглинанні світла в його об'ємі; 2. збільшення концентрації носіїв заряду за рахунок додаткової інжекції їх із р-n переходу; 3. зменшення товщини області об'ємного заряду у бічного електрода та відповідного збільшення товщини каналу, по якому протікає струм. По цим причинам фото чутливість запропонованого фотоприймача в десятки разів вище чутливості відомого (дивись Вікулін І.М. та інші "Фотоприймач" Авт. св-во СРСР №702900, кл. HOIL31/06, з. 29 12.75г. ДСП.). При використанні у вимірювальній техніці розмір світового потоку Ф визначається по розміру протікаючого між контактами 2-3 струму І. Дослідні зразки фотоприймача виготовлялись із пластин германія n-типу з дольовим опором 40Ом .см розміром 3х1х0,15мм. Контакт 2/(р-n переход) створювався вплавленням у вакуумі сплаву індій - галій, а контакт З сплаву олово - сурма. Фотоприймач включався по вказаній схемі до джерела живлення 9 В, причому боковий електрод 4 може бути з'єднаний з контактом 3 і в цьому випадку досить одного джерела живлення. Експерименти показали, що відношення фотоструму при включеному електроді 4 до фотострум у при його відключенні складає 50-100, тобто фо то чутли вість у запропонованому фотоприймачі в стільки ж раз більше, ніж у відомого. Економічний ефект від використання фотоприймачів складається з того, що в схемі для вимірювання слабких світових потоків з його застосуванням треба менша кількість підсилювальних елементів, тобто зменшується вартість пристрою. Технологія фотоприймача не відрізняється від технології звичайних транзисторів і він може вироблятися на будь - якому підприємстві електронної промисловості.