Устройство для измерения временных и энергетических характеристик импульсного электромагнитного излучения

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений иОтнРытий ПИСАНИЕ И(7 1) Московский ордена Трудового Красного Знамени ФизиКо-технический институт(56) Авторское свидетельство СССР В 026087, кл, С 01 К 29/08, 1983.Авторское свидетельство СССР У 645427, кл, 6 01 К 29/08, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ(57) Изобретение может использоваться в тепловых приемниках электромагнитного излучения. Повышается быстродействие и чувствительность. Устройство содержит полупроводниковую пластину (ПП) 1, диэле трические слои (ДС)2, расположенные между металлическими пленками 3, которые непрозрачны для излучения, и поверхностями ПП 1, нагрузочный резистор (НР) 4 и источник 5 постоянного напряжения. Полезный сигнал на НР 4 выделяется в том случае, если сквозной ток, протекающий через ПП 1, под действием внеш"ней разности потенциалов соизмерим с приращением тока, вызванного воздействием излучения. Это достигается иснольэованием ДС 2, выполненных, например, из двуокиси кремния, толщина Й которых удовлетворяет условию 2 М,/йб, где й, - мин,толщина ДС 2, исключающая сквозной ток через ПП 1, а также выполнением ПП 1 из. собственного полупроводника, например кремния, и толщина 1. которой удовлетворяет условию Ы 1 , где Ь - диффузи- В онная длина носителей заряда, 1 ил.вава1 12Изобретение относится к приемникамэлектромагнитного излучения, в частности к тепловым приемникам, служащимдля исследования временных и энергетических характеристик электромагнитного излучения, получаемого, например, с помощью СВЧ-устройств илилазеров,Цель изобретения - повышение быстродействия и чувствительности.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства дляизмерения временных и энергетическиххарактеристик импульсного электромагнитного излучения.Устройство содержит полупроводниковую пластину 1, выполненную изсобственного полупроводника, например кремния, диэлектрические слои 2,например, из двуокиси кремнияметаллические пленки 3, непрозрачные дляизлучения, нагрузочный резистор 4,источник 5 постоянного напряжения,При работе устройства для изучения временных и энергетических характеристик импульсного электромаг.нитного излучения импульсный потокэлектромагнитного излучения, падающийна приемную поверхность, поглощаетсяметаллической пленкой 3. Так как вметаллах энергия электромагнитного излучения превращается в тепловую за-1 Двремя порядка 10 с, то тепловое поле и функция тепловой генерации свободных носителей зарядов в области полупроводниковой пластины 1, непосредственно прилегающей к диэлектрическому слою 2, будут повторять временную структуру импульса, если его длительность больше указанных времен. Генерируемые тепловым полем неравновесные электроны и дырки дадут вклад и сквозной ток, протекающий через полупроводниковую пластину 1 под действием внешней разности потенциалов, что в свою очередь, вызовет увеличение падения напряжения на нагрузочном резисторе 4, Если при этом длительность импульса излучения больше времени дрейфа свободных носителей через полупроводниковую пластину 1, то временная структура выходного сигнала снимаемого с нагрузочного резистора 4, будет повторять временную структуру падающего излучения. Предельное быстородействие предлагаемого устройства определяется временем дрейфа носителей заряда через полупроводниковую пластину 1 и достигает значений 10 з с29700 й Фо Рм Ул а и зо бр ет ен ия 55 Устройство для измерения времен 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Полезный сигнал на нагрузочном резисторе 4 легко выделяется в том случае, если сквозной ток, протекающий через полупроводниковую пластину 1 под действием внешней разности потенциалов, соизмерим с приращением тока, вызванного воздействием излучения. Это достигается применением диэлектрических слоев 2, толщина которых удовлетворяет условию 2 в( 6ИспольЙзование диэлектрических слоев 2 меньшей толщины ведет к резкому увеличению тока через полупроводниковую пластину 1, на фоне которого вклад генерируемых тепловым полем неравновесных носителей в протекающий ток становится малозаметным, что снижает чувствительность, Увеличение толщины диэлектрических слоев 2 вызывает быстрый рост постоянной времени цепи за счет интенсивного возрастания сопротивления чувствительного элемента, а это существо ухудшает быстродействие устройства.Выполнение полупроводниковой плас" тины 1 из собственного полупроводника толщина которой удовлетворяет условию Ьб 1. , позволяет получить, с одной сторойы, максимальную подвижность носителей заряда, что значительно уменьшает их время дрейфа от приемной поверхности к тыльной и, следовательно, повышает быстродействие устройства; с другой - избежать потерь неравновесных носителей за счет рекомбинации и увеличить тем самым чувствительность устройства.Таким образом, введение диэлектрических слоев 2, толщина которых удовлетворяет условию 2 -6, а также выполнение полупроводниковой пластины 1 из собственного полупроводника толщиною, определяемой соотношением 1,сЬ ,позволяет на четыре порядка пор 9высить быстродействие и на порядок увеличить его чувствительность.Тепловая генерация неравновесных носителей заряда обеспечивает работу устройства в широком спектральном диапазоне, включая диапазон СВЧ, а также ближнюю и дальнюю инфракрасные области спектра. ных и энергетических характеристикимпульсного электромагнитного излучения, содержащее полупроводниковуюЗаказ 2447/46 Тираж 728 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж, Раушская наб., д. 4/5 фПроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 пластину, металлические пЛенки, поглощающие электромагнитное излучение, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и чувствительности, введены диэлектрические слои, расположенные между металлическими пленками и поверхностями полупроводниковой пластины, толщина которых удовлетворяет условию1 о 10 2( - ф 6 6 где й - минимальная тол ф о щина диэлектрического слоя, исключающая сквозной ток через полупроводниковую пластину, которая выполненаиз собственного полупроводника, еетолщина Ь определяется соотношениемЫЬ ,где Ь - диффузионная длина носителей заряда, при этом металлические пленки. - одна непосредственно,а другая через введенный нагрузочныйрезистор - соединены с Введенным источником постоянного напряжения.