Оптопара

Оптопара, що містить керований напівпровідниковий випромінювач світла та фотоприймач випромінювання, які оптично з'єднані один з одним, яка відрізняється тим, що як фотоприймач містить фотоконденсатор, який складається з двох електродів, виготовлених із струмопровідних шарів, нанесених на підкладки, та світлочутливого шару, який розташований між електродами і виготовлений із діелектрика або напівпровідника, або їх суміші, який змінює свою діелектричну проникність під дією оптичного опромінювання. (19) (21) 20041008155 (22) 08.10.2004 (24) 25.02.2008 (72) БАЧЕРІКОВ ЮРІЙ ЮРІЙОВИЧ, U A, ХЕЙЛЕНКО ОЛЬГА ТИ ХОНІВН А, U A (73) БАЧЕРІКОВ ЮРІЙ ЮРІЙОВИЧ, U A, ХЕЙЛЕНКО ОЛЬГА ТИ ХОНІВН А, U A (56) SU 720570, 05.03.1980 RU 2223604, 10.02.2004 US 3800304, 26.03.1974 US 4785202, 15.11.1988 CN 1521808, 18.08.2004 EP 0582211, 09.02.1994 GB 1222014, 10.02.1971 3 81905 Фотодіод - це діод з р-n-переходом, зміщеним у зворотному напрямі з зовнішнім джерелом живлення. При поглинанні квантів світла в р-nпереході чи у прилягаючих до нього областях кристалу напівпровідника створюються нові носії заряду (пари електрон-дірка). Сила зворотного струму, що створюється, прямо пропорційна освітленню. Перевагою оптопари з фотодіодом у якості фотоприймача є незалежність чутливості фотодіода від напруги, що прикладається, а також його мала інерційність, висока швидкодія. Однак, для одержання вихідних сигналів необхідної амплітуди треба доповнювати фотодіод підсилювачем, що збільшує габарити схеми [В.В.Польшков, Л.К. Чиргин, А.О. Шинков. Полупроводниковые приборы. М. «Высшая школа». 1981 г. с. 343]. А ця обставина не дає можливості мініатюризації конфігурації оптопари та її застосування в інтегральних мікросхемах як елементу. В основу винаходу поставили задачу створення фоточутливого приладу - оптопари, який був би більш простим і дешевим за конструкцією та більш малогабаритним з більш високою швидкодією. Поставлена задача вирішується тим, що оптопара, яка включає керований напівпровідниковий випромінювач світла та фотоприймач випромінювання, які оптично зв'язані один з одним, у якості фотоприймача містить фотоконденсатор, що складається з двох електродів у вигляді струмопровідних шарів, нанесених на підкладинки, та світлочутливого шару, який знаходиться між електродами і виготовлений з діелектрика, напівпровідника або їх суміші, котрі змінюють свою діелектричну проникність під дією оптичного опромінювання. Принципова схема запропонованого пристрою зображена на фіг.1. Конструктивно оптопара може бути виконана у наступних варіантах: 1. Струмопровідні шари фотоконденсатора і підкладинки виготовлені прозорими. Підкладинки плоскі та тверді. 2. Струмопровідні шари фотоконденсатора і підкладинки виготовлені непрозорими. Підкладинки плоскі та тверді. 3. Струмопровідні шари фотоконденсатора і підкладинки виготовлені прозорими. Підкладинки гнучкі, згорнуті у рулон. 4. Струмопровідні шари фотоконденсатора і підкладинки виготовлені непрозорими. Підкладинки гнучкі, згорнуті у р улон. У фотоконденсатор! електроди розміщуються як у звичайному конденсаторі, що дозволяє при його виготовленні використовува ти стандартні технології, розроблені для виготовлення конденсаторів. Оптопара працює наступним чином: при поданні електричного сигналу на випромінювач світла електричний сигнал перетворюється у оптичне випромінювання, а у фотоприймальнику (фотоконденсаторі) оптичний сигнал, діючи на фоточутли вий шар, виготовлений з діелектрика, напівпровідника або їх суміші, тягне зміну 4 діелектричної проникності, яка залежить від спектрального складу та інтенсивності падаючого на нього випромінювання. Зміна діелектричної проникності змінює ємність фотоконденсатора, яка миттєво реєструється. Оптопара, що заявляється, має суттєві переваги перед існуючими оптопарами. Внаслідок того, що запропонований фотоприймач не виробляє фотострум, який викликає збільшення температури внаслідок великої потужності, що виділяється, між фотовипромінювачем і фотоприймачем не потрібна велика відстань і не потрібен тепловідвід. Це дозволяє зменшити розміри запропонованого приладу. Отже, є можливість мініатюризації оптопари, що дозволяє включити її до контрукції інтегральних мікросхем як елемент, а також створювати на її (оптопари) основі інтегральні мікросхеми з новими можливостями. Крім того оптопара, що заявляється, має більшу швидкодію. Це пояснюється тим, що реєстрація сигналу, одержаного від оптопари, відбувається одразу після збудження носіїв заряду. В існуючих же оптопарах після збудження носіїв заряду світлом електрони повинні пройти відстань через увесь світлочутливий шар до одного з електродів. Таким чином, усе вищезазначене доводить переваги оптопари по малогабаритності, простоті конструкції та швидкодії. Приклади реалізації. Вар. 1, фіг.2. Оптапара містить фотовипромінювач і фотоприймач у вигляді плоского конденсатора, який складається з твердих (скляних) пластин 1 з нанесеним прозорим струмопровідним шаром 2, між якими розміщено світлочутливий матеріал 3. До струмопровідних шарів прикріплені контакти 4, до яких підключаються провідники, по яким подається до певного приладу сигнал зміни ємності при попаданні світла на фотоконденсатор. Фотоконденсатор розміщенний в оптопарі таким чином, що світло падає перпендикулярно площині скляних пластин. Варіант 2, фіг.3. Оптапара містить той же фотовипромінювач, а фотоконденсатор складається з двох твердих непрозорих пластин 1 з нанесеним непрозорим струмопровідним шаром 2, між якими розміщено світлочутливий матеріал 3. Фотоконденсатор розміщенний в оптопарі таким чином, що світло падає на його торець. Варіант 3, фіг.4 та фіг.5. Оптапара містить той же фотовипромінювач, а фотоконденсатор складається з двох прозорих гнучких пластин (полімерні плівки) 1 з нанесеним прозорим струмопровідним шаром 2, між якими розміщено світлочутливий матеріал 3. Такий конденсатор згорнуто у р улон і розміщено його у оптопарі так, що світло падає на його бічну поверхню. Варіант 4, фіг.6 та фіг.7. Оптапара містить той же фотовипромінювач, а фотоконденсатор складається з двох непрозорих гнучких пластин з нанесеним непрозорим струмопровідним шаром, між якими розміщено світлочутливий матеріал. Конденсатор згорнуто у 5 81905 рулон і розміщено у оптопарі так, що світло падає в торець рулону. Приклади розміщення оптопари, що заявляється, у складі мікросхеми зображено на фіг.8, фіг.9, фіг.10. На фіг.8 зображені: напівпровідниковий лазер - 1, фото конденсатор 2. На фіг.9, 10 зображено можливі способи розміщення фотоприймачів на підкладці (на фіг.9 3, фіг.10 - 2) у випадку двох випромінювачів світла (на фіг.9 - 1, 2), та коли фотоприймач розміщений по колу (фіг.10). 6 7 81905 8