Преобразователь электромагнитного излучения в электрических сигнал

(71) Ордена Ленина фиститут им. П.Н. Лебед (53) 621.382 (088.8)(54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ, выполненный на основедвух полупроводников с раэличньвиширинами запрещенных зон, образующих эапорный контакт для носителейтока одного знака, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью обеспечения записывания оптическогоиэображения путем его преобразования в потенциальный рельеф, слойширокозонного полупроводника выполнен толщиной не более 5 мкм и содержит примеси или дефекты в такомколичестве, что для носителей токапротивоположного знака образованэапорный контакт, и центры захватаносителей тока в количестве неменее 10 см-. Ю.М..Э.эичеева Попов,убинкий инФотоэлек- онцентриния на ,Физи 1979,.И, идр зователи ческие пре ванногонове АОС лнечного и гетероструктуролупроводниковс. 504-509.ИА У 4016586,лик. 1977 а и техник те 13 Выпе2, Патент кл. 357-2, оп ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРпО делАм изОБРетений и ОтнРытийОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУИзобретение относится к области полупроводниковых приборов, регистрирующих оптические сигналы и иэображения, и может быть использовано в оптоэлектронике. 5Известны преобразователи электромагнитного излучения в электрический сигнал на основе гетеропереходов 1 .Приборы, создаваемые на их основе,1 О решают задачу прямого преобразования падающего на них электромагнитного излучения в электрический ток и не позволяют регистрировать пространственную структуру проеци руемого на них поверхность оптического изображения.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь электромагнитного 20 излучения в электрический сигнал, выполненный на основе двух полупроводников с различными ширинами запрещенных зон, образующих запорный контакт для носителей тока од ного знака 21.Недостатком данного устройства является то, что оно не позволяет производить регистрацию пространственной структуры оптического изоб- ЗО ражения, Связано это с тем, что носители тока, образующиеся под действием регистрируемого излучения в узкозонном полупроводнике и попадающие затем в слой широкозонного З 5 полупроводника, перераспределяются в плоскости гетероперехода вследствие диффузии, так что контрастного, потенциального рельефа, сохраняющегося в течение времени 4 О необходимого для его считывания не образуется.Целью изобретения является обеспечение записывания оптического изображения путем его преобра зования в потенциальный рельеф.Для достижения поставленной цели в предложенном преобразователе широкозонный полупроводник выполнен толщиной не более 5 мм и содержит 5 О примеси или дефекты в таком количестве, что для носителей тока противоположного знака образован запорный контакт, и центры захвата носителей тока в количестве не 551менее 10 см" .Фотоносители, попадающие в этот слой из слоя узкозонного полупроводника, захватываются на эти центры,образуя потенциальный рельеф, соответствующий проецируемому изображению. Концентрация центров захватадолжна быть не менее 10 смдляполучения необходимого контрастапотенционального рельефа. Для тогочтобы не происходило паразитногозаполнения центров захвата темновымиинжекционными токами, на границеполупроводниковых слоев образованызапорные контакты для носителей тока обоих знаков, что достигается,например, очищением широкозонногослоя от легирующих примесей или ихкомпенсацией.Толщина слоя широкозонного полупроводника должна быть не более5 мкм для получения эффективной модуляции приповерхностной областиузкозонного полупроводника, необходимой для последующего преобразования потенциального рельефа в электрический сигнал,На чертеже показана зонная диаграмма.Полупрозрачный контакт 1 выполнен к широкозонному полупроводнику2, а к узкозонному полупроводнику 3осуществлен омический контакт 4.При попадании на гетеропереходсо стороны полупрозрачного контактарегистрируемого излучения с энергией Фотонов, превьппающей, например,высоту барьера валентная зона узкозонного полупроводника - зона проводимости широкозонного полупроводника Гр в зоне проводимостиузкозонного полупроводника возникают носители тока - электроны сэнергией, достаточной для того, чтобы, преодолев этот энергетическийбарьер, попасть в зону проводимостиширокозонного полупроводника. Частьэтих электронов захватывается центрами захвата в слое широкозонногополупроводника, создавая на освещенном участке встречный отрицательныйзаряд на время, достаточное, покрайней мере, для однократного считывания потенциального рельефа,соответствующего спроецированномуизображению.Для считывания потенциального рельефа без его разрушения можно использовать, например, сканирующий на поверхности преобразователя сфокусированный световой луч с энергиРедактор И.Данилович Техред З.Палий Корректор И Эрдейи Заказ 7022/2 Тираж 678 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,4 ей фотонов, лежащий в пределах кЕ ЕЕ, где д Е - ширина запрещенной зоны узкоэонного полупроводника. При этом в месте нахождения считывающего светового пятна в приповерхностной области узкозонного полупроводника возникают электроннодырочные пары. Если на данном участке существует встроенный отрицательный заряд в широкозонном полупроводнике, а следовательно,и приповерхкостный изгиб зон узкозонного полупроводника, то электронно-дырочные пары разделяются в поверхностном электрическом поле, в результате возникает так называемая приповерхностная фотоЭДС 8которую можно регистрировать. На участке преобразователя, где отрицательный заряд отсутствует, наличие электронно-дырочных пар, генерируемых считывающим светом, не приводит к возникновению фотосигнала вследствие отсутствия приповерхностного электрического поля в узксзонном полупроводнике.Осуществив развертку светового луча одновременно и по У координате, подав на яркостный электрод электронно-лучевой трубки усиленный видеосигнал и синхронизировав развертку электронного и светового лу 43507 4чей, можно визуализовать потенцчальный рельеф, записанный на гетеропереходе в видемое иэображение на люминесцентном экране.Стирание потенциального рельефаможно осуществлять различными способами, например, используя термостимулированное опустошение центров захвата или применяя фотовоз буждение захваченных носителей тока. Кроме того, для стирания можноиспользовать эмиссию в слой широкозонного полупроводника носителейтока противоположного знака (в 1 рассмотренном случае дырок) или собственную фотопроводимость широкозонного полупроводника.В качестве примера гетеропереходов, реализующих преобразование оп тического изображения в электрический сигнал, можно назвать, напримерСепЯе, ЗпБЬ-СЙТе и Се-СаБЬ. В устройстве на основе Сеп 8 е 25 была получена чувствительность крегистрируемому излучению до-8г10 дж/см , пространственное разрешение не хуже 15 мкм, время сохранения записанной световой информации не менее суток при комнатнойтемпературе, спектральная чувствительность 0,2-1 мкм.