Колориметрический датчик

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3/ С 51)5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Джадд Д., Вышецки Г. Цвет в науке и технике. М.:Мир, 1978, с.236-244.Н.Са 1 о ет а. А пеа 1 птедгатеб тгапзбцсег аког соовг б 1 збпстоп;,)оцгпа о 1 р)уз 1 сз Е; Яс 1 емйс пзтгцп)ептз, 1976, У,Е 9, В 12, р,1070-1072.(54) КОЛОРИМЕТРИЧ ЕСКИЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к устройствам для измерения цвета, в частности к фотоэлектрическим трехцветным колориметрам. Целью изобретения является упрощение конструкции и технологии изготовления колориметрического датчика, Датчик состоит из трех р-п-переходов, сформированных на одной полупроводниковой подложке; р слой 1, и - слой 2, р - слой 3, ю- слой 4 с высоким удельным сопротивлением под-ложки, низкоомная и+ - область 5, контактный р - участок 6 с низким удельным сопротивлением, пассивирующии слои 7 двуокиси кремния, металлиэация 8 (подложки и слоев); р-и - переходы выполнены резкими и расположены один над другим вниз по толщине подложки, причем глубины залегания этих переходов )1, )2 и )з удовлетворяют условиям . )1 ас, а 1 п (3/ас, 1/аз)С)2щах (3/ас, 1/аз); а 1 п (3/аз, 1/акр))3л)ах (3/аз, 1/акр), а толщина подложки )43/акр, где а- коэффициент поглощения света в полупроводнике, индексы "с", "з" и "кр" соответствуют синему, зеленому и красному цветам. Уровни легирования слоев 1-4 убывают от поверхности в глубину. В высокоомных слоях 3 и 4, образующих нижний р-и переход, для получения омических контактов и обеспечения механической прочности пластины созданы низкоомные участки того же типа проводимости (изотип н ые переходы). Поверхность датчика покрыта пассивирующим слоем 7 двуокиси кремния. Металлиэация 8 осуществляется пленкой алюминия. 1 ил.Изобретение относи гся к калориметриии может быть использовано при созданиифотоэлектрических трехцветных колориметров,Цель изобретенияупрощение конструкции и технологии изготовления датчика,На чертеже представлена схема колориметрическаго датчика,На чертеже указань .полупроводниковые слои с разными типами проводимости:р - слой 1, п - слой 2, р - слой 3, подложка4 и -типа проводимости(т - слой) с высокимудельным сопротивлением низкаомный+ .Н.и - слой 5, р - участОк 6 с низким удельным сопротивлением, а также пассивирующий слОЙ 7 двуокиси кремния иметаллизиру 1 ощие покрытия 8 подложки иполупроводниковых слоев, выполняющиекак защитную функцию. так и раль амических контактов.Датчик работает следуощим образом,р-и-переходы 1-3 смегцаются в обрат ном направлении путем приложения соответственно напряжений Чз30 В, /2 = 10 Ви 91 = 2 Б. При этом области объемногозаряда занимаот соответствующие низкоамные области р-п-переходов, На датчик подается анализируемое видимое излучение,Центральные длины волн синего, зеленогои красного цветов;Ас =- .0,45 мкм, Аз=- 0,56 мкмИскр = 0,72 МКМ, а ИХ ОбРатНЫЕ КазффИЦИЕНты поглощения (глубины поглощения) 1/ас == 0,40 мкм, 1/аз = 1,61 мкм и/ар == 4,33 мкм,а соответствующие величины; 3/ас = 1,20 мкм,3/аз =- 4,83 мкм и ЗЙ 4 р =- 1:.,О мкм. В этихусловиях глубины р-л переходов составят11 = О,З мкм, Ь 2 = 1,4 мкм и з = 4,5 мкм, а+толщина 1-области (глубина 1"и -перехода1 ц = 15 мкм.В завислмости от спектрального состава видимого излучения будут изменятьсяфататаки трех р-п-переходов, Па соотношению между этими фототоками можно судитьо цветовом составе анагглзируемаго излучения,Принцип действия датчика основан надисперсии коэффициента поглощения света от длины волны излучения, т.е, его цвета.Верхние слои (слой) являются поглоща 1 ощими фильтрами по отношению к нижним слоям (слою). р-и-переходы сме;цаются каждыйв своей цепи в обратном направлении так,что области пространственного заряда занимают для каждого из них(верхнего, среднего и нижнего) почтл полностью соответственно слои 2-4. С этой цел 1 ла уровни легирования соседних слоев р-г-переходов отличаются более чем на порядок величины.Падающее видимое излучение поглощается в датчике следующим образом, в основном синий цвет - в области 2, зеленый - в абласти 3, красный - в области 4. Образовавшиеся в них избыточные фотоносители заряда преобразуются в фототоки трех р-п-переходов, По соотношении между этими фототаками можно судить о цветовом составепадающего на колариметрический датчиквидимого излучения,10 П р и м е р. В качестве исходной структуры взята пластина обращенного кремнияР/и, где удельное сопротивление 1"-слоясоставляет 2 10 Ом см(Ко=1 10 см з),ега толщина 15 мкм, Полная толщина пла 15 стины 350 - 400 мкм. Удельное сопротивление низкоомной подложки 0,001 Ом см(Мо = 110 см ). Далее на глубину пз =,=4,5 мкм проводится диффузия бора для создания р-слоя с Р = 1,4 10 Ом/а(й,. =14 -" т А= 5 10 см з) получается путем легирования ионами бора на глубину л 1 == О,З мкм с последующим импульсным фотонным атжигом. Для создания амическихконтактов к высокоомнаму р-слою применяется соответствующее падлегирование контактного участка этого слоя, проводимое30 одновременна ссозданием р -области, Маскируощей пленкой служит слой двуокисикремния толщиной 0,28 мкм, Последнейоперацией является металлизация пластины с обеих сторон алюминиевой пленкой35 толщиной 1,0 мкм.Синий цвет не только в основном поглощается в области 2, но и проходит через нееи частично поглощается в областях 3 и 4. Тоже самое можно сказать о зеленом и красном свете, т.е. спектральные характеристики трех р-и-переходов (фотодиодов)перекрываются. Однако их геометрия подобрана так, что эта перекоытие незначительна и существенного влияния на распознавание цветового образа исследуемогообьекта не оказывает, О цветовом составепадающего на калориметрический датчиксветового потока судят по соотношению выходных фототоков каждого из р-и-переха 50 дав. Предварительно необходимопрокалибровать датчик с помощью эталонного объекта, например белой бумаги, Тривыходных фототока могут быть усилены,причем коэффициенты усиления подбираются так, чтобы в случае белой бумаги выходные фототоки (напряжение) былиодинаковы. При изменении цветовоГо состава падающего излучения вне зависимо1689768 Составитель В.ВарнавскийТехред М,Моргентал Корректор Т.Малец Редактор А,Козориз Заказ 3805 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 сти от его интенсивности соотношение между выходными фототоками колориметрического датчика изменится в соответствии сего назначением. Если анализируемый пучок имеет только один спектральный диапазон, лежащий, например, в синей области 5спектра, то датчик показывает наличие идругих спектральных компонентов. Однакоэти компоненты, т.е, фототоки среднего инижнего р-п-переходов, незначительны, асоотношение между всеми тремя фотото-,10ками трех р-п-переходов строго адекватноспектральному составу (синему цвету).Вещество, которым проводится легирование слоев, является существенным с тойточки зрения, что это должен быть мелкий 15донор или акцептор, а выбор самой мелкойпримеси не является существенным. Например, для создания р -(1) и р-(3) слоевприменяется мелкая акцепторная примесь -бор, алюминий; для создания и+-(2) и и(4) 20слоев - мелкая донорная примесь - фосфор,тьма, мышьяк. С другой стороны, областьр -типа (1) с высоким уровнем легированияможет. быть без ущерба заменена либо прозрачным металлическим барьером Шоттки 25(например, золотой электрод толщиной 50 -200 А), либо гетеропереходом (например,Яп 02-9). При этом верхний р-и-переход сохраняется и сущность работы от этого неизменяется, а лишь изменяется способ создания фронтальной области (эмиттера)верхнего р-п-перехода,Формула изобретения Колориметрический датчик, выполненный в виде полупроводниковой подложки, включающей три полупроводниковые области с р-п-переходами,и металлических электродов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения конструкции и технологии изготовления. р-и-переходы расположены один гюд другим в полупроводниковой подложке, причем глубины Ь 1,Ь 2 и пз залегания первого, второго и третьего р-и-переходов относительно поверхности подложки удовлетворяют условиямЬ 1ас, в 1 п (3 а аз ) Ь 2вам (3 ас сз ): Вй (3 йз, Пкрмьзпрад х (3 йз, ар 1,- 1а толщина подложки й 4 Закр, где а аэ и акр - соответственно коэффициенты поглощения излучения синего, зеленого и красного цветов в подложке, при этом р-и-переходы выполнены с концентрациями легирующих примесей соседних областей, отличающимися друг от друга более чем на прядок величины и убывающими от поверхности подложки, металлические электроды расположены на областях, образующих первый р-п-переход, а в областях, образующих третий р-п-переход, созданы низкоомные участки тех же типов проводимости, на которых расположены металлические электроды,