Способ усиления и модуляции света

. Кт. б 0211/00Н 01 з 3018Н 011 15/00 Комитет п ивсбретсииЙ ири Совете ела иоритет крыти Опубликовано 23,11,1973. Бюллетень16Дата опубликования описания 26,И.1973 УДК 621.382(088,8 кист вторзобретения орнито Заявитет СПОСОБ УСИЛЕНИЯ И МОДУЛ СВЕТ 2 вают поле Еопредет торезистору приемое из условия ч, О (1+ ) , с(. -коэффициент фузии;астота захвата дырокодвижность носителе ифде амбипотярн Ро л ,ттоФ ттор тто + Ро пс - концентр ац Рс - концентра т и тр - времена жсоответстве том постояКоэффициент К ус редетяется соотноше ия электронов;ция дырок; изни электронов и д нно, и обтучают его иной интенсивности,итения такой системь нием трои све. т оп Очиню еи,елей,елей,ывающий д ра Изобретение относится к опто- и фотоэтек. тропике и может найти применение в разтичных оптоэлектронных устройствах в автоматике, вычислительной технике и других областях, где не требуется высокое быстродействие. Оно может быть также использовано в различных моделях биологических систем.Известны способы усиления света и оптроны, в которых используют свойства комбинации фотопроводник - этектротюминофор. В 10 качестве фотопроводников используют обычно пленки СдЯ, Рд 5 и СдЯе, Упыре, ХпТ, а в качестве этектротюминофоров кристаллы ХпЯ, активированные различными элементами, например Сц, Мп и др. 15 Однако при использовании этих систем этектротюминофор испытывает старение кроме того, возникает необходимость испотьзования сравнительно высоковольтных источников 20 питания переменного тока (дтя зажигания этектротюминофора требуется напряжение не менее 10 в).Цель изобретения - повышение коэффици.ента усиления и модуляции света. 25Цель достигается тем, что при усилении и модуляции света по предлагаемому способу с использованием последовательно включенных источника излучения (светового диода), фо 1 орезистора и батареи постоянного тока к фо где У - напряжение батар т - время жизни носи р - подвижность носи- коэффициент, учи раженного света,р - квантовый выход,а - длина фоторезисто1 - коэффициент излучательной рекомбинации, показывающей количество излученных квантов, приходящихся на один электрон.Формула (2) получена для коэффициента усиления, определяемого как отношение числа излучаемых квантов диодов (вышедших из кристалла) к числу квантов, падающих на фоЦр торезистор. В формуле величинаесть нецочто иное, как величина, обратная времени тпр пролета носителей,Учитывая, что отношение есть усилениепр5 фотопроводника, имеем для К следующее выражение: К=Я. (3)Следовательно, коэффициент усиления пропорционален усилению 5 фотопроводника, коэффициенту т 1 излучательной рекомбинации, квантовому выходу и коэффициенту , учитывающему долю световых квантов, вошедших в кристалл.Для 0=300 в, т=5 10 з лк, т=10 4, р=5 10 -см/в сек, а = 0,3 см, Р = 1, (1 имеем К(8.Усиление света пропорционально отношению фототока к темновому току. При определенных условиях легирования в полупроводниках, содержащих в качестве компенсирующей примеси многозарядные акцепторы, можно получить колебания тока при освещении полупроводника. При этом фотопроводник компенсируют примесью с глубоким уровнем так, что отношение обратных времен жизни неосновных носителей больше отношения концентраций основных и неосновных носителей, и вводят центр прилипания в концентрации, превосходящей концентрацию свободных носителей.Амплитуда колебаний тока при этом может быть весьма значительной (несколько милли- ампер или больше). В этом случае наряду с функцией усиления света происходит его модуляция с частотой, определяемой скоростью движения рекомбинационных волн. Необходимым условием возникновения рекомбинационных волн при наличии уровней прилипания является приложение электрического поля, удовлетворяющего условию (1), причемТ р (по+Ро) рлор0=Э р Эе боои + Ро,"р ргде Т - температура, К;е - заряд электрона.П р и м е р. В качестве фоторезистора использован образец кремния, легированного цинком и фосфором и имеющего центр прилипания для электронов при Е, = 0,13 эв, а в качестве излучателя - диод из арсенида галлия. Такая пара оптимальна, так как максимум спектральной чувствительности фоторезистора и максимум спектра излучения совпадают (Х = 0,85 мкм). Кремний легировали цинком и фосфором так, что Укп(йр 2 ЛЪп,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 65 где Укп - концентрация цинка и Ир - концентрация фосфора (в этом случае фоторезистор обладает высокой чувствительностью кинфракрасному излучению) .Получен коэффициент усиления света К=6.Это хорошо совпадает с оценкой, полученнойпо формуле (3), если в нее подставить величины, характерные для фоторезистора и диода-излучателя.Функция низкочастотной модуляции достигается тем, что в фоторезисторе возникаютпериодические колебания тока с частотой 1 -10 сек. Величина тока при колебаниях можетменяться в 2 - 17 раз, а отношение максимального тока при освещении к темновому токусоставляет 10. Это явление обнаружено в таких кристаллах впервые.Колебания тока возникали при незначительных облучениях Ф(10вт/мм 2 максимальная величина тока составляла 5 ма. Коэффициент усиления в режиме колебаний былзначительно больше.Критическая напряженность поля, при которой возникали колебания, составила 200 в/см.Фоторезистор находился при Т = 80 К, а световой диод при Т = 300 К.Приведенные значения К получены при использовании светодиода не с оптимальнымипараметрами (1 = 10-4). Если применять светодиоды с 1 = 10 - , то величина коэффициента усиления света в режиме колебаний можетдостигать 104, Коэффициент модуляции можетдостигать 20 - 80%.В отличие от усилителей, использующих известный способ, питание цепи осуществляетсяпостоянкоым напряжением.Предмет изобретенияСпособ усиления и модуляции света с использованием последовательно включенныхисточника излучения и фоторезистора, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента усиления и модуляции света, к фоторезистору прикладывают поле Е определяемое из условия" Г рО (1 + )/ 1 + а)оаоС(и - 1)где 0 - коэффициент амбиполярной диффузии;ч - частота захвата дырок;р - подвижность носителей;Рол, Гъ поа=Фпор по + Ропо - концентрация электронов,ро - концентрация дырок,т и т - времена жизни электронов и дырок соответственно, и облучаютего светом постоянной интенсивности.2. Способ по п. 1, отличающийся тем, чтоиспользуют фоторезистор с рекомбинационнойпримесью, обладающей асимметрией в сечении захвата электрона и дырок, и примесью,дающей уровень прилипания,