Оптоелектронний інтегральний датчик

Оптоелектронний інтегральний датчик, що містить джерело оптичного випромінювання та фотосенсор, причому вхід датчика є входом джерела оптичного випромінювання, а вихід датчика є виходом фотосенсора, який відрізняється тим, що в нього додатково введений пристрій керування, причому вихід джерела оптичного випромінювання підключений до першого входу фотосенсора, а вихід пристрою керування підключений до другого входу фотосенсора, при цьому пристрій керування виконаний з можливістю регулювання рівня фоточутливості фотосенсора до оптичного випромінювання від вказаного джерела випромінювання, яке пройшло через досліджуване середовище. (19) (21) a200710064 (22) 10.09.2007 (24) 25.05.2009 (46) 25.05.2009, Бюл.№ 10, 2009 р. (72) КОСТЕНКО ВІТАЛІЙ ЛЕОНІДОВИЧ, UA, ЖАРОВЦЕВ СТАНІСЛАВ ОЛЕГОВИЧ, UA (73) ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) US 2002/0074553 A1, 20.06.2002 US 5442169, 15.08.1995 US 5247186, 21.09.1993 WO 2004/079351 A1, 16.09.2004 GB 2401432 A, 10.11.2004 US 6776962 B1, 17.08.2004 WO 03/023374 A2, 20.03.2003 3 рела оптичного випромінювання, та дозволяє вимірювати фотосенсором його оптичне поглинання, відбиття, розсіювання чи свічення. Функціональні здібності датчика розширюються, тому що забезпечується управляємість фоточутливістю фотосенсора та можливість виділення та виміру інтенсивності детектуємого оптичного випромінювання. Сутність винаходу пояснюється кресленням, де на фігурі зображено оптоелектронний датчик, який містить джерело оптичного випромінювання 1, фотосенсор 2, пристрій управління 3, при цьому вхід датчика вхі д д ж ер ел а оптичного випромінювання 1, вихід - вихід фотосенсора 2, вихід джерела оптичного випромінювання 1 підключено до першого входу фотосенсора 2, а вихід пристрою управління 3 підключено до другого входу фотосенсора 2. Пристрій працює слідуючим способом. На вхід джерела оптичного випромінювання 1 (вхід оптоелектронного інтегрального датчика) подається напруга, яка задає на його виході інтенсивність оптичного випромінювання, що після взаємодії з середовищем поступає на перший вхід фотосенсора 2, до другого входу якого підключено пристрій управління 3, який подає напруги, що управляють, у відповідності з величинами яких формується р езу л ь ту ю ч ий сигнал на виході фотосенсора 2 (виході датчика). Приклад конкретної реалізації. В якості джерела оптичного випромінювання 1 може бути використано світлодіод, який відокремлений діелектриком від фотосенсора 2, який може бути у вигляді комбінованої МДП-структури [3], до складу якої входить МДП-компонента на основі фототранзистора с прозорим затвірним електродом, яка замикається ланцюгом з додатнім зворотнім зв'язком, що містить біполярний транзистор. Фоточутливою компонентою являється МДП-компонента, так як МДП межовий шар більш ефективний, ніж фотодіод, тому що МДП забезпечує більшу висоту потенціального бар'єру. Фотосенсор 2 запропонованого оптоелектронного інтегрального датчику реагує на оптичне опромінення, що проходить на його підзатвірну область через прозорий затвірний електрод, таким чином змінюючи порогову напругу формування його інверсійного каналу і крутизну його прохідної характеристики. Якщо в темноті напруга на другому (управляючому) вході фотосенсора 2 менша за порогову, то освітлення при розділенні пар нерівноважних носіїв заряду полем області приповерхневого заряду приведе до накопичення неосновних носіїв у приповерхневій області напівпровідника фотосенсору 2, а також до захоплення неосновних носіїв пастками на межі розділу діелектрик-напівпровідник. Ці процеси сприяють прискоренню утворення інверсійного каналу та виникненню провідності між істоком (емітером) та стоком (колектором) фотосенсора 2. Напруги, що управляють, які поступають з пристрою управління 3, впливають на величину струму каналу МДПкомпоненти фотосенсора 2, змінюючи ширину та глибину каналу. Інтенсивність опромінення фотосенсору 2 F впливає через збільшення струму його обернено-зсунутого переходу сток-підкладка (Ісп) 86870 4 на величину xF, де x - фоточутливість даного переходу [3]. Елементи датчика (напівпровідник та контактні шари, мікрозв'язки) повинні бути покриті хімічно та термічно стабільною водонепроникною сумішшю. Світлопроникні складові поверхні повинні залишатися чистими для досягнення максимальної оптичної провідності. Подібна термічно стабільна та водонепроникна суміш повинна бути застосована для захисту металевих контактів і зв'язків в датчиках на кремнієвій підкладці. Для уникнення витіку у датчиках, які схильні до електрично проводимих аналізів, може бути використано протравку поверхні датчика осадженням на ній оптично прозорих діелектричних матеріалів, таких як двооксид кремнію чи оксид алюмінію. В якості пристрою управління 3 може бути використано багатоканальний високоточний пристрій управління [4]. Оптоелектронний інтегральний датчик виконано на кремнієвій підкладці. Це забезпечує найменші виробничі затрати. Структура, що вирощена на кремнієвій підкладці, має ультрафіолетово прозорі верхні електроди. До того ж, кремній, що вже впроваджено у планарну структуру, може бути використано для фотогальванічного виявлення в діапазоні довжин хвиль ві д н иж ні х ультрафіолетових до нижніх інфрачервоних. Зокрема, для датчика свічення кремній дає можливість мати джерело короткохвильового оптичного випромінювання (ультрафіолетовий/синій), що базується на p-GaN/n-InGaN гетероструктурах та широкодіапазонний фотосенсор на основі p-Si/nSi, виконаних в одному технологічному процесі на одному напівпровідниковому чипі. Режим роботи. Оптичне випромінювання з джерела оптичного випромінювання 1 у діапазоні від 250 до 653нм, в залежності від управляючої напруги від 3 до 12В, що подається на нього, опромінює с ер ед о вищ е, що досліджується. Оптичне випромінювання, що пройшло через середовище, вимірюється фотосенсором 2, на другий вхід якого з пристрою управління 3 подаються управляючі напруги в діапазоні від 0 до 3,2В. Результуючий сигнал на виході датчика варіюється від 109 до 234,7мВ. Оптоелектронний інтегральний датчик може бути використано як хімічний датчик поглинання, відбиття, розсіювання, що управляється; для визначення та вимірювання концентрації забруднювачів в рідинах та газах, наприклад, вимірювання концентрації забруднювачів у воді та вимірювання білірубіна у крові; як датчик поверхневої морфології для вимірів п о вер хн еви х нерівностей, визначення дефектів поверхні чи визначення поверхневих забруднювачів; як інтегрований високотемпературний оптоелектронний датчик руху водних потоків чи потоків під високим тиском. Джерела інформації 1. U.S. Pat. No 5,442,169 Method and apparatus for determining a measuring variable by means of an integrated optical sensor module, - aug. 15, 1995. 2. U.S. Pat. No 2002/0074553 A1, One-chip micro-integrated optoelectronic sensor, - jun. 20, 2002. 5 86870 3. В.Л. Костенко, E.H. Киселев, О.В. Глазева, Исследование би-МОП структуры для интегрированных датчиков мощности излучений. // Хо л о д ил ь н а техніка і технологія, №5(91), 2004, с.9297. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 6 4. Костенко В.Л., Жаровцев С.О. Исследование твердотельного устройства управления нейрочипом. // НПК «Современные информационные и электронные технологии». Одесса, 22-26 мая 2006г. Тезисы докладов. - Одесса, 2006. - с.99. 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