Завантажити PDF файл.

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

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Photodetector

Автори англійською

Vikulin Ivan Mykhailovych, Kurmashev Shamil Dzhamashevych, Veremiova Hanna Viktorivna

Назва патенту російською

Фотоприемное устройство

Автори російською

Викулин 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>

Подібні патенти