Напівпровідниковий болометр на гарячих носіях заряду

Напівпровідниковий болометр на гарячих носіях заряду, який містить чутливе до випромінювання тіло болометра, виконане у вигляді пластини з двома омічними контактами на торцях, який відрізняється тим, що чутливе тіло виконане із біполярного напівпровідника, концентрація дірок і електронів якого відрізняється не більше ніж у 10 разів, ефективна маса дірок перевищує ефективну масу електронів не менше ніж у 10 разів і відстань між контактами b, а також товщина d і ширина а напівпровідникової пластини задовольняють умови: Винахід відноситься до технологій створення фотоприймачів терагерцового та міліметрового діапазонів електромагнітного випромінювання і може бути використаний на підприємствах оптоелектронного та навдвисокочастотного приладобудування при виготовлені як дискретних приймачів субтерагерцового і терагерцового випромінювання, так і матриць таких приймачів. Відомо, що для прийому випромінювання міліметрового та терагерцового діапазонів спектру (діапазон частот випромінювання n = (0.03 3×1012)Гц, або довжин хвиль l = (10мм - 0.1мкм), сьогодні використовують такі приймачі випромінювання як низькотемпературні напівпровідникові та надпровідні болометри [1], та надпровідні болометри на гарячих електронах [24], які також потребують низьких кріогенних температур Т > 4.2К), на основі якого можливо конструювати матриці приймачів випромінювання при збережені невеликого часу відгуку на сигнал. Для вирішення поставленої задачі запропоновано напівпровідниковий болометр на гарячих носіях заряду, який включає чутливе до випромінення тіло болометра, виконане у вигляді пластини з двома омічними контактами на торцях, при цьому чутливе тіло виконане із біполярного напівпровідника, концентрація дірок і електронів у якому відрізняється не більше ніж у 10 разів, ефективна маса дірок перевищує ефективну масу електронів не менше ніж у 10 разів і відстань між контактами b, а також товщина d і ширина а напівпровідникової пластини задовольняють умовам 0.5×(LD2×LE)1/2 £ b = a £ 12×(LD2×LE)1/3, 0.5×(1/a £ d £ 6×(1/a), де LD - довжина дифузії електронно-діркових пар, LE - довжина релаксації вільних електронів за енергією, a коефіцієнт поглинання випромінювання вільними електронами напівпровідника. Вирішення задачі болометром, що заявляється, може бути пояснено декількома факторами, які комплексно доповнюють один одного. В біполярних напівпровідниках зі значною, але не 86625 4 більше ніж у 10 разів різницею в концентраціях електронів і дірок, та співвідношенням ефективних мас дірок і електронів, та пов'язаним з ним співвідношенням величин рухливостей електронів і дірок не менше ніж у 10 разів, при падаючому на пластину випромінюванні, розігріті електромагнітним випромінюванням електрони швидко просуваються до поверхні напівпровідникової пластини, де вони рекомбінують, що призводить до зростання опору зразка, який реєструється і є сигналом приймача. Це дозволяє болометру, що заявляється, працювати при кімнатних температурах. У прототипі, де рекомбінація носіїв заряду у монополярних напівпровідниках відбувається за рахунок нелінійних ефектів, чутливість болометра при температурах, які більше за температуру рідкого азоту ( Т = 77 К), дуже мала. Розмір напівпровідникової пластини для чутливого тіла болометра, що заявляється, повинен задовольняти умовам 0.5×(LD2×LE)1/2 £ b = a £ 12×(LD2×LE)1/3, 0.5×(1/a £ d £ 6×(1/a), де LD - довжина дифузії електронно-діркових пар, LE - довжина релаксації вільних електронів за енергією, a коефіцієнт поглинання випромінювання вільними електронами напівпровідника. При невиконанні цих умов опір болометра майже не змінюється внаслідок того, що вільні електрони і дірки або одночасно досягають поверхні і рекомбінують на ній, або не досягають поверхні і не рекомбінують на ній, внаслідок чого сигнал відсутній, або слабкий, Внаслідок великих рухливостей електронів, електричні поля, що прикладаються, становлять £ 3В/см, що призводить до малих джоулевих втрат у приймачі випромінювання. У запропонованому болометрі, як і у прототипі, випромінювання розігріває тільки вільні носії заряду, а не решітку, як у теплових приймачах випромінювання, що обумовлює малі часи відгуку (