Фотоприймальний пристрій
Номер патенту: 82586
Опубліковано: 12.08.2013
Автори: Веремйова Ганна Вікторівна, Курмашев Шаміль Джамашевич, Вікулін Іван Михайлович
Формула / Реферат
Фотоприймальний пристрій, що містить вимірювальний міст з чотирьох елементів в плечах та фотоприймачі, який відрізняється тим, що як всі чотири елементи використано польові фототранзистори, причому як два фототранзистори з позитивним знаком фоточутливості, розташованих в протилежних плечах мосту, використовуються МДН-фототранзистори, а як два інших, з негативним знаком фоточутливості, використовуються МДН-фототранзистори з прошарком напівпровідника проміж металом та діелектриком затвору.
Текст
Реферат: UA 82586 U UA 82586 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до напівпровідникової електроніки, а саме до конструкцій фотоприймальних пристроїв, і може бути використана в системах вимірювальних приладів, автоматики та оптичного зв'язку. Відомі конструкції фотоприймальних пристроїв (ФПП) для реєстрації різних фізичних величин (світло, тиск, температура, …) на базі вимірювального моста (так званий міст Уітстона) з чотирьох резистивних елементів в плечах мосту, один, чи два з яких є чутливими до вимірюваної величини, а інші є резисторами, не чутливими до зовнішнього сигналу [1]. Найближчим аналогом (прототипом) корисної моделі є ФПП, що містить вимірювальний міст з чотирьох елементів в плечах, включно фотоприймачі. Серед елементів два - активні (фотоприймачі) та два пасивні (резистори) [2]. Недоліком цього ФПУ є мала чутливість до світлових потоків. В основу корисної моделі поставлено задачу забезпечити підвищену працездатність ФПП в області слабких світлових потоків. Поставлена задача вирішується тим, що ФПП, що містить вимірювальний міст з чотирьох елементів в плечах та фотоприймачі, як всі чотири елементи використано польові фототранзистори (ФТ), причому як два фототранзистори з позитивним знаком фоточутливості, розташованих в протилежних плечах мосту, використовуються МДН-фототранзистори, а як два інших, з негативним знаком фоточутливості, використовуються МДН-фототранзистори з прошарком напівпровідника проміж металом та діелектриком затвору. Тобто у двох фототранзисторів, розташованих в протилежних плечах мосту струм зростає із зростанням інтенсивності світла, а у двох інших - зменшується. На фіг. 1, 2 приведено структури двох типів ФТ. Транзистор першого типу (ФТ1) являє собою звичайний польовий МДН-транзистор (структура метал-діелектрик-напівпровідник) із вбудованим каналом на базі напівпровідника nтипу провідності (канал) з двома контактами (В - витік, С - стік), з діелектриком (Д) та з металевим електродом (затвор 3), який замкнуто з витоком (фіг. 1). При освітленні структури з боку напівпрозорого металевого затвора 3, світло проникає в канал, концентрація носіїв заряду в ньому збільшується і струм через транзистор ФТ 1 зростає. Освітлення ФТ1 можна також провадити із протилежної сторони каналу, тобто з боку підкладинки. Транзистор другого типу (ФТ2) відрізняється тим, що проміж металевим шаром затвору і діелектриком розташовано шар напівпровідника n-типу (фіг. 2). Контакт метал-напівпровідник (затвор) уявляє собою діод, так званий діод Шотки (ДШ). При освітленні цієї структури з боку напівпрозорого металу в ДШ виникає фото-е.р.с: "плюс" - на металі, "мінус" - на напівпровіднику. Ця фото-е.р.с. грає роль вхідного сигналу для транзистора ФТ 2 і зменшує концентрацію носіїв заряду в каналі. Внаслідок цього струм через транзистор ФТ 2 при освітленні зменшується. В даному разі все світло поглинається в n-шарі затвору і до каналу не доходить. Робота ФПП пояснюється за допомогою еквівалентної схемі (фіг. 3). Коли освітлення відсутнє, опір всіх фототранзисторів в плечах мосту однаковий. Напруга джерела живлення U0 розподіляється навпіл між ФТ1 та ФТ2, потенціали U1 та U2 у вимірювальній діагоналі мосту дорівнюють один одному і вихідний сигнал Uвих=U1-U2, тобто міст збалансований. В реальності фототранзистори мають деяке розкидання параметрів, тому за допомогою підстроювального резистора Rп провадять початкове балансування мосту. Освітлення структури ФПП потоком Ф викликає зростання струмів в ланцюжках транзисторів ФТ 1 (зменшення опору) і зниження струмів в ланцюжках транзисторів ФТ 2 (збільшення опору). Це призводить до розбалансу мосту, потенціал U1 зростає, потенціал U2 зменшується, тобто вихідний сигнал Uвих=U1-U2 збільшується із зростанням світлового потоку Ф. Експериментальні зразки ФПП виготовлялися на базі серійного МДН-транзистора КП-305 (транзистори ФТ1), вказаної на фіг. 1 структури. При напрузі витік-стік Uвс=10 В та замкнутому затворі опір каналу складав ~10 кОм. Транзистори ФТ 2 відрізняються лише тим, що проміж шаром металу та діелектриком розташовано шар напівпровідника n-типу. Товщина цього шару повинна бути такою, щоби усе світло поглиналося в ньому і не доходило до каналу. Джерело живлення мосту - батарея типу ГБ-225. Для освітлення фототранзисторів було використано "зелений" світлодіод типу АЛ102ДМ (максимум випромінювання на довжині хвилі λ=0,56 мкм). Максимальна потужність освітлення становила 0,6 мВт при струмі через світлодіод 100 мА. Вихідний сигнал (напруга Uвих) фіксувався за допомогою прибору М-130. Встановлено, що фоточутливість експериментальних зразків ФПУ при U0=20 В була в 10…100 разів вища, ніж у прототипу. Технологія виготовлення транзисторів обох типів для ФПП не відрізняється від технології звичайних польових транзисторів, вони можуть виготовлятися на будь-якому підприємстві електронної промисловості. Оскільки обидва типу транзисторів виготовляються з одного й того 1 UA 82586 U 5 10 15 ж матеріалу (кремній) ФПП може бути виготовлений у вигляді єдиної інтегральної схеми (мікрочипу). Економічна ефективність при впровадженні корисної моделі полягає в тому, що включення в схему чотирьох фототранзисторів з різними знаками фотоструму дає можливість підвищити чутливість фотоприймального пристрою без додаткових елементів підсилення. Джерела інформації: 1. Виглеб Г. Датчики. - Москва: Мир.-1989.-196 с. 2. Кривоносов А.И. Полупроводниковые датчики темпратуры. - Москва: Мир.-156 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Фотоприймальний пристрій, що містить вимірювальний міст з чотирьох елементів в плечах та фотоприймачі, який відрізняється тим, що як всі чотири елементи використано польові фототранзистори, причому як два фототранзистори з позитивним знаком фоточутливості, розташованих в протилежних плечах мосту, використовуються МДН-фототранзистори, а як два інших, з негативним знаком фоточутливості, використовуються МДН-фототранзистори з прошарком напівпровідника проміж металом та діелектриком затвору. 2 UA 82586 U Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюPhotodetector
Автори англійськоюVikulin Ivan Mykhailovych, Kurmashev Shamil Dzhamashevych, Veremiova Hanna Viktorivna
Назва патенту російськоюФотоприемное устройство
Автори російськоюВикулин Иван Михайлович, Курмашев Шамиль Джамашевич, Веремьёва Анна Викторовна
МПК / Мітки
МПК: H01L 31/10
Мітки: фотоприймальний, пристрій
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/5-82586-fotoprijjmalnijj-pristrijj.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Фотоприймальний пристрій</a>
Попередній патент: Бетонна композиція для гідротехнічних споруд
Наступний патент: Газочутливий сенсор
Випадковий патент: Спосіб прогнозування формування розвитку синдрому дистрофічних змін і дерматозів у дітей на тлі порушення мікроелементного стазу