Фототранзистор

Реферат: Фототранзистор на основі напівпровідникового шару довжиною а, товщиною b та шириною с (a>c>>b) розміщений між обкладинками конденсатора. Обкладинка конденсатора та діелектричний прошарок зі сторони випромінювання, яке реєструється, виконано з оптичнопрозорих у заданому діапазоні довжин хвиль електропровідного та діелектричного матеріалів (Сr та SiC, відповідно). Товщину напівпровідникового шару, який виконано з монокристалічного In2Hg3Te6, вибирають в інтервалі 3b12. UA 111228 U (54) ФОТОТРАНЗИСТОР UA 111228 U UA 111228 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фотоелектроніки, а саме до фототранзисторів (ФТ) і може бути застосована як фоточутливий елемент різноманітних оптоелектронних, спектрометричних та дозиметричних систем та приладів. Відома велика кількість конструкцій біполярних та польових ФТ, які характеризуються фоточутливістю в ультрафіолетовому, видимому та інфрачервоному діапазонах довжин хвиль (наприклад, патент RU 862753, В.А. Клименко, В.Л. Костенко 31/10 НОН 29/76 от 10.05.1996). Ці ФТ достатньо широко використовуються в науці та техніці. Найбільш близьким аналогом до запропонованої корисної моделі є пристрій, робота якого основана на генерації електронно-діркових пар в об'ємі напівпровідника, розміщеного у зовнішньому електричному полі (С.Л. Королюк, І.М. Раренко, С.С. Королюк, О.В. Галочкін. Генерація електронно-діркових пар у власному напівпровіднику у зовнішньому електричному полі. - Український фізичний журнал, 2003, т.48, №1, с. 69-74). Цей пристрій являє собою шар з кремнію (Si), який розміщено між обкладинками конденсатора та може працювати тільки в режимах підсилення або генерації. Функціонувати як ФТ він неспроможний. Крім того, 5 максимальна доза -радіації, яку витримує ця конструкція, не перевищує ~10 бер. Тому актуальною є задача, що полягає у створенні конструкції ФТ, який би характеризувався спроможністю реєстрації оптичного випромінювання у заданому діапазоні довжин хвиль при підвищених дозах -радіації. Поставлена задача вирішується тим, що у конструкції ФТ, яка запропонована, на основі напівпровідникового шару довжиною а, товщиною b та шириною с (a>c>>b), що розміщений між обкладинками конденсатора, обкладинка конденсатора та діелектричний прошарок зі сторони випромінювання, яке реєструється, виконано з оптично-прозорих у заданому діапазоні довжин хвиль електропровідного та діелектричного матеріалів (хром (Сr) та карбід кремнію (SiC), відповідно), при цьому товщина напівпровідникового шару, який виконано з монокристалічного In2Hg3Te6, вибирається в інтервалі 3b12. Конструкція запропонованого ФТ представлена на кресленні. Фототранзистор складається з напівпровідникового шару 3 довжиною а, товщиною b та шириною с (a>c>>b), який виконано з однорідного монокристала In2Hg3Te6. На верхній грані (а×с) шару 3 послідовно розташовано електропровідний шар 1 товщиною b1 та діелектричний прошарок 2 товщиною b2. Товщини b1 та b2 і матеріали шарів 1 та 2 вибираються за умови їх максимальної прозорості у діапазонах довжин хвиль 0,7-1,6 мкм, який відповідає максимальній фоточутливості монокристалів In2Hg3Te6. Крім того, вибір матеріалів шарів 1 та 2 обумовлений також і вимогою їх максимальної радіаційної стійкості. Тому як матеріал шару 1 застосовано Сr, а для шару 2 нелегований SiC з товщинами b1 та b2, що складали 120-180Å, відповідно. Нижня грань (а×с) шару 3 через діелектричний прошарок 4 з нелегованого SiC та електропровідний шар з золота (Аu), який є другою обкладинкою конденсатора, розташована на керамічній пластині 6 з нітриду алюмінію (A1N), що характеризується великою теплопровідністю. Ця керамічна пластина 6 закріплена до металевого корпусу 10, в якому також розташовані склопереходи 9 з електровиводами 8. Електричне з'єднання обкладинок 1 та 5 конденсатора і пластини 3 з електровиводами 10 здійснюється за допомогою провідників 7 з Аu. Шар 3 виготовлявся з однорідного монокристала In2Hg3Te6 n-типу провідності, що одержувався методом зонної перекристалізації з урахуванням ефекту седиментації його 14 -3 складових. Концентрація вільних носіїв заряду при Т=300 К складає (5-8)10 см , а їх 2 рухливість - (275-300) см /Вс. Цей шар виготовлявся методами послідовного шліфування, полірування, хімічного травлення та подальшої лазерної обробки на установці ГОР-100М. Шари 2 та 4 з SiC та 1 і 5 з Сr та Аu, відповідно, наносились методами термічного напилення на установці УВН 71ПЗ через відповідні молібденові (Мо) маски. Електричне з'єднання відповідних електровиводів 10 з обкладинками конденсатора 1 та 5 і шару 3 здійснювалось методом пайки за допомогою провідників 9 з Аu. Запропонований ФТ працює наступним чином. Електричне поле, яке утворене обкладинками конденсатора 1 та 5 спричиняє генерацію рівноважних електронно-діркових пар в шарі з In2Hg3Te6 (ефект Зенера). Оскільки товщина шару 3 вибрана в інтервалі 3b12, то дія екрануючого поля Дебая нівелюється електричним полем конденсатора. Проведені розрахунки показали, що при напрузі на обкладинках конденсатора V = 1В в об'ємі шару 3 при Т=300 К 4 генерується n=4,210 додаткових пар носіїв заряду. Тобто з'являється можливість керування провідністю шару 3, змінюючи різницю потенціалів V на обкладинках 1 та 5 конденсатора. Ця різниця потенціалів не повинна перевищувати деяке граничне значення, що обумовлене пробивною напруженістю електричного поля Епр діелектрика. У випадку, коли випромінювання густиною q0 падає на верхню грань ФТ, фотони з енергією hv проходять через оптично-прозорі шари 1, 2 та поглинаються об'ємом напівпровідникового 1 UA 111228 U 5 10 15 20 25 шару 3. Це призводить до генерації додаткових електронно-діркових пар, які змінюють об'ємний розподіл його електричного поля. Якщо робоча точка цього пристрою розташована на лінійній ділянці вольт-амперних характеристик, то величина зміни струму, який проходить через шар 3, однозначно пов'язана з густиною q0 випромінювання, яке поглинається. Це дозволяє визначити параметри випромінювання та застосовувати запропонований ФТ як відповідний давач. Експериментальні дослідження створеного пристрою проводились по стандартних методиках. Результати проведених вимірів показали, що спектральна чутливість такого ФТ розташована у діапазоні довжин хвиль 0,7-1,6 мкм, а його максимальна чутливість на довжині хвилі 1,55 мкм складає Smax.=25 А/Вт. Час наростання та спаду сигналу при цьому знаходились в діапазоні =75-100 нc. Випробування радіаційної стійкості запропонованого ФТ довело, що він спроможний . 7 витримувати дози у-радіації 4 10 бер. При цьому їх чутливість після цієї обробки зменшилась на 4-6 %. Проведені дослідження показали, що подальше зростання радіаційної стійкості цього пристрою можливе при умові застосування в його конструкції інших радіаційно-стійких діелектриків. Запропонований ФТ знайде широке застосування у сучасній науці та техніці, а його використання дасть значний економічний та соціальний ефекти. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Фототранзистор на основі напівпровідникового шару довжиною а, товщиною b та шириною с (a>c>>b), розміщений між обкладинками конденсатора, який відрізняється тим, що обкладинка конденсатора та діелектричний прошарок зі сторони випромінювання, яке реєструється, виконано з оптично-прозорих у заданому діапазоні довжин хвиль електропровідного та діелектричного матеріалів (Сr та SiC, відповідно), при цьому товщина напівпровідникового шару, який виконано з монокристалічного In2Hg3Te6, вибирається в інтервалі 3b12. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2