Фотодіод

Фотодіод у металоскляному корпусі, що включає напівпровідникову гвдкпадку, в якій сформовано фото Корисна модель вщноситься до мікрофотоелектроніки, а саме до напівпровідникових фотодіодів і може бути використана як фотоприймач в оптикоелектронних системах. Відомі фотодіоди, які являють собою власний напівпровідник з великим питомим опором, обмежений з двох боків двома сильно легованими шарами п- та ртипу провідності, на яга нанесені омічні контакти. При цьому ширина області власної провідності має бути максимально зменшена [1] Недоліком такої конструкції є та обставина, що товщина підкладки має бути дуже малою (до ЮОмкм), при цьому фотодюдні структури великої площі втрачають механічну міцність, і їх площу потрібно зменшувати, Це накладає додаткові вимоги на оптико-механічні системи, які застосовуються для фокусування оптичного випромінювання на фоточутливий елемент фотодіода. Найбільш близьким до запропонованої корисної моделі є р-i-n фото діод ФД-342 у метало-скяляному корпусі, в напівпровідниковій підкладці якого сформовано чотирьохелементний (чотирьохсекторний) квадрантний фоточутливий елемент з охоронним кільцем, із захисним ізолюючим покриттям та омічними металевими контактами с площею кожного з чотирьох фоточутливих елементів 37мм 2 [2], при цьому фоточутливі елементи утворюють круг із чотирьох секторів діаметром 14мм Недолік такої конструкції полягає у тому, що вона не є оптимізованою, а саме - в ній не оптимізовані там характеристики фотодіоду як світловий діаметр вхідного вікна, відстань поверхні фоточутливого елементу вщ нього, діаметр фоточутливого елементу та величина плоского кута зору фотодіоду. Усунення цього недоліку сприятиме огттимізації конструкції оптико-механічної системи для фокусування оптичного випромінювання чутливий елемент з охоронним кільцем, захисним ізолюючим покриттям та омічними металевими контактами, який відрізняється тим, що розміри світлового діаметра вхідного вікна фотодіода D-i, загального діаметра фоточутливого елемента П>2, відстані від поверхні фоточутливого елемента до зовнішньої поверхні вхщного вікна фотодіода С та плоский кут зору фотодіода 2р відповідають нерівності' Di>D 2 +2Otgp. на фоточутливі елементи фотодіоду при використанні їх в оптоелектронних системах. Завданням запропонованої корисної моделі є оптимізація конструкції фотодіоду. Зазначене завдання розв'язується тим, що розміри світлового діаметру вхідного вікна фотодіоду D-i, загального діаметру фоточутливого елемента D2, вщстані від поверхні фоточутливого елементу до зовнішньої поверхні вхідного вікна фотодіоду С та плоский кут зору фотодіоду 26, провинні виповідати нерівності. Відповідність критерію "новина" запропонованому фотодіоду забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки. У корисній моделі запропоновано рішення, принципово нове для фотодіодів, яке полягає у тому, що розміри світлового діаметру вхідного вікна фотодіоду Dt, загального діаметру фоточутливого елемента D2, вдстані від поверхні фоточутливого елементу до зовнішньої поверхні вхідного вікна фотодіоду С та плоский кут зору фотодіоду 2(3, повинні відповідати нерівності. ю со D-, > D 2 + 2 - C / t g p . Тому, ознаки, що не зустрічаються ні в одному з аналогів "розміри світлового діаметру вхідного вікна фотодіоду Di, загального діаметру фоточутливого елемента D2, відстані від поверхні фоточутливого елементу до зовнішньої поверхні вхідного вікна фотодіоду С та плоский кут зору фотодіоду 2Р, провинні відповідати нерівності: Промислове використання корисної моделі не вимагає великих витрат, спеціальних матеріалів та техно CD 6475 логій, її реалізація можлива на виробництвах України і за її межами При використанні фотодіоду у оптоелектронних системах застосовується оптико-механічна система, яка збирає оптичне випромінювання, відбите від об'єкту, на поверхню фоточутливого елементу. Елементи конструкції, заявлені у винаході - діаметр вхідного вікна фотодіоду, загальний діаметр фоточутливого елемента, відстань вщ поверхні фоточутливого елементу до зовнішньої' поверхні вхідного вікна фотодіоду та величина плоского кута зору фотодіоду 2(3 визначають параметри огттико-мехінічної системи. Згідно [3] плоский кут зору 2р визначається як кут в нормальній до фоточутливої поверхні площині між напрямками падіння паралельного пучка випромінювання, при яких струм фотовідгуку фотоприймача зменшується до заданої величини Таким чином, оптимізувавши зазначені параметри фотодіоду можна забезпечити оптимальну конструкцію оптико-механічної системи На Фіг.1 наведено схематичне зображення розрізу фотодіоду Кристал фотодіоду (1) містить чотири фоточутливих елементи (2) кожен у вигляді секторів розділених проміжком (3), зібраних в круг загальним діаметром D2 навколо якого сформовано кільцевий фоточутливий елемент - охоронне кільце (4). Кристал фотодіоду розміщений у метало-скляному корпусі (5) на відстані С від вхідного вікна (6) фотодюду з свггловим діаметром Di, який визначається величною плоского кута зору фотодіоду 2(3 Провідники (7) з'єднують кристал фотодіоду з його виводами (8), які ізольовані від корпусу ізоляторами (9). Приклад конструкції фотодіода Кристал фотодіоду (1) виконано на основі кремнієвій підкладки р-типу провідності з питомим опором КМОкОм товщиною 500 ± ЮОмкм Фоточутливі елементи (2) та охоронне кільце (3) створені методами планарної технології шляхом дифузії фосфору. Омічні контакти створено вакуумним напиленням золота з прошарком хрому із подальшим виділенням контактів за допомогою фотолітографії. Діаметр кола, описаного навколо фоточутливих елементів D2 дорівнює 14мм. Проміжок мЬк фоточутливими елементами (3) складає ЗООмкм, проміжок між фоточутливими елементами і охоронним кільцем також ЗООмкм. Кристал фото діоду розміщено у метало Комп'ютерна верстка М. Мацело 4 скляному корпусі (5), на відстані С (1,6мм) від зовнішньої поверхні скляного вхідного вікна (6), світловий діаметр якого Di дорівнює 17мм Він визначається за допомогою запропонованого співвідношення А саме. Плоский кутом зору фотодіоду 2В, у відповідності до вимог роботи фотодіоду, має бути не менше 85". Тоді: D ! > D 2 + 2 C/tgp = 14Il +2-1,611 /tg85" =16,9311 , що відповідає запропонованому виразу. Кристал фотодіоду з'єднаний з виводами (8) за допомогою золотих провідників (7) діаметром 30-70мкм. Електричні виводи (8) ізольовані від корпусу фотодіоду скляними ізоляторами (9). Геометричні розмірі елементів конструкції фотодіоду: D-i, D2, С, 2В, обрані з урахуванням запропонованої нерівності: Фотодіод працює наступним чином. Оптичне випромінювання певної довжини хвилі може потрапляти через вхідне вікно фотодюду на поверхню фоточутливого елементу або під кутом нормального падіння (90°) уздовж оптичної вісі фотодіоду, або пщ певним кутом до неї, який не повинен перевищувати величину плоского кута зору фотодіоду 2р У другому випадку випромінювання може падати на певну ділянку фоточутливого елементу, в тому числі і на самий його край. Таким чином конструкція запропонованого фотодіоду дозволяє максимально ефективно збирати оптичне випромінювання завдяки оптимізаціі геометричних розмірів фотодюду. Режим роботи власне кристалу сротодіоду в частині генерації фотосигналу істотно не відрізняється вщ режиму роботи аналогічних фотодіодів. Джерела інформації: 1. Ишанин Г.Г Приемники излучения оптических и оптоэлектронных приборов - Л. - Машиностроение. Ленингр Отд-ние. -1986. -с. 64-65. 2. http://www.vimi ru/orion. 3. ГОСТ 21934-83 Приемники излучения полупроводниковые фотоэлектрические и фотоприемные устройства Термины и определения. -М.: Издательство стандартов.-1985 -с 19. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент Інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 42,01601