Фотогальваномагнитный датчик

(594 Н 0 01 Е 43/ ВТОРСНОМУ ЕТЕЛЬСТВУ аризоннтом шиенным нтакт ндику вл ета,граЕ где- 0,0Й - тол1. - дифных эВ,на пл тины, длина неосно узион осителе янная Б ьцмана, - пос емперату ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) Пасынков В.В Чиркин Л,К., Шинков А,Д. Полупроводниковые приборы,М изд. "Высшая школа", 1973.Амброзяк А, Конструкция и технология полупроводниковых фотоэлектрических приборов, М изд, "Соврадио",1970,(54)(57) 1. ФОТОГАЛЬВАНОМАГНИТНЬЙДАТЧИК, представляющий собой пластину полупроводника с контактами, помещенную в магнитное поле, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей, он выполнен на о ного полупроводника с рины запрещеннои зоны, направл к освещаемой поверхности, а ко расположены в плоскости, перле лярной направлению градиента.2, Датчик по п. 1, о т л и щ и й с я тем, что, с целью уп ния величиной и знаком фотоотв диент ширины запрещенной эоны выбран из условия: с 11, -7 Ео (- кТИзобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к полупроводниковым приемникам излучения.Известны полупроводниковые приемники излучения, например фоторезисторы, представляющие собой полупроводниковую пластину с контактами, сопротивление которой зависит от освещенностиНаиболее близким техническим решением к изобретению является фотогальваномагнитный приемник излучения, представляющий собой пластину из полупроводникового материала с контактами, помещенную в магнитное поле, При освещении поверхности пластины излучением, распространяющимся перпендикулярно направлению магнитного поля, в пластине возникает ЭДС ь направлении, перпендикулярном на- правлению распространения света и направлению магнитного поля.Фотогальваномагнитные приемники являются неселективными, так как их спектральная характеристика имеет вид кривой с максимумом. Вследствие этого их функциональные возможности ограничены, в частности данные приемники не могут служить твердотельными спектрометрами излучения.Цель изобретения - расширить функциональные возможности фотогальваномагнитного датчика.Цель достигается тем, что фотогальваномагнитный датчик выполнен на основе варизонного полупроводника с градиентом ширины запрещенной зоны, направленным к освещаемой поверхности, а контакты расположены в плоскости, перпендикулярной направлению градиента,С целью управления величиной и знаком фотоответа, градиент ширины запрещенной зоны 7 К выбран из условия- - 9 Е---где С - 0,01 эВЙ - толщина пластиныф1 - диффузионная длина неосновных носителейфк - постоянная.Больцмана,Т - температура.фотогальваномагнитный датчик работает следующим образом.В этом случае при освещении пластины светом с энергией фотонов ЬЙ и Ьь) направление диффузионных фототоков взаимно противоположное. Следовательно, и знак фотоэдс, определяемый силой Лорентца, будет различным в этих граничных случаях.Амплитуда фотоэдс при Ь ) и Ьь. будут также отличаться по абсолютной величине, поскольку существующее внутреннее поле варизонной структуры по разному влияет на диффузионные потоки от передней и задней граней, В первом случае направление дрейфа в поле структуры совпадает с направ 45 50 55 При освещении пластины полупроводника (например п-типа), помещеннойв магнитное поле, со стороны широкозонной области на контактах, располо 5 женных в плоскости, перпендикулярнойнаправлению изменения ширины запрещенной зоны, возникает фотомагнитнаяЭДС,Использование в качестве фотогальваномагнитного датчика пластиныполупроводника с переменной ширинойзапрещенной зоны расширяет функциональные возможности датчика, поскольку в этом случае амплитуда и знак фотомагнитной ЭДС зависят от длины волны падающего света,Действительно, при варизоннойструктуре датчика свет разных частотпоглощается в разных точках полупроводниковой пластины. Так, например,свет с энергией фотонов Ь), 3 Ео(Е, - максимальная ширина запрещенной зоны полупроводниковой пластиныу передней, т.е. освещаемой грани25пластины) поглощается у передней грани. В свою очередь, свет с энергиейфотонов Ь 1 З= Е (Еь - минимальнаяширина запрещенной зоны полупроводниковой пластины у задней грани плас 30 тины) проходит через пластину и пог-,ощается у задней грани. При определенных условиях это приводит к тому,что величина фотоответа монотонно зависит от частоты света, причем фотоЗ 5 отклик меняет знак при некоторойчастоте света М;сдсд,(4).Данные условия реализуются, еслиградиент ширины запрещенной зонывыбран следующим образом:606475 Редактор П.Горькова Техред В.Кадар Корректор М,Самборская Заказ 6259/2 Тираж 643 ПодписноеВИИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,лением диффузии и способствует ей, во втором - тормозит диффузию. При слабых полях (Е5 Т/Ь ) влиянием дрейфа на диффузионные процессы можно пренебречь., Тогда при освещении 5 пластины светом с частотой 4 о (Ь 4,=1.Е+7 Е ), при которой поглощение происходит около центра пластины,величина фотоэдс равна нулю, так 10как диффузионные токи к противоположным граням образца равны. Этоозначает, что спектральная характеристика предлагаемого приемника имеет вид кривой, проходящей через нуль.15 По мере увеличения градиента ширины запрещенной зоны влияние дрейфана движение носителей увеличиваетсяи нулевая точка будет перемещаться20по оси частот. При чЕ)2 кТ/ влияние дрейфа станет преобладающим,и носители, образованные светом счастотой ЬЫ = Е не будут даватьсущественного вклада в фотоэдс - 25знак фотоэдс при изменении длины волны падающего света не изменится. Сдругой стороны, при очень малом градиенте ширины запрещенной зоны светс частотой Ь.) = Е будет в основном поглощаться в толще полупроводника и не дойдет до задней граниобразца. Согласно правилу Урбаха,коэффициент поглощения М полупровод-ника при Ь 3Е определяется следу-Ь 1)- Еп,ющимобразом: с = со ехр( в -у-ф-),где 8. - коэффициент поглощения приЬ 2 = Е,0 , а Ь - 0,01 эв. Следовательно, градиент ширины запрещеннойзоны, при котором свет с частотойЬЙ Е будет доходить до заднейграни образца, определится из условия с; с ЬчЕ, где Ь - толщина пластины,Следовательно, градиент запрещенной эоны ограничен сверху и сникТзу. (йЕ 1(2, тогда спектральнаяхарактеристика фотогальваномагнитного датчика будет иметь вид монотонной кРивой, проходящей через нуль.Таким образом, предлагаемый фотогальваномагнитный датчик обладаетбольшими функциональными возможностями, нежели прототип. В частности,монотонная зависимость спектральнойчувствительности от частоты светапозволяет использовать его как спектрометр, а изменение знака фотоотклика при переходе через граничную частоту дает воэможность использоватьего для автоматического приема строго монохроматического излучения. Приэтом выбором величины Е (т.е. состава твердого раствора или материалаполупроводника) у освещаемой стороныпластины фотогальваномагнитного датчика можно в широком интервале изменять частоту, при которой фотооткликменяет знак. Следовательно, возможно создание фотогальваномагнитногодатчика на заранее заданную частотусвета.