Фотометрическое устройство

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 9) (11 1 .1 1/04 ТЕН ЕЛЬСТ Н сти никеер.т,12,в частзначеним устроиствам (устройствам, прфотометрич еских тричеснос ти мере ни ным дос ве ГОСУДАРСТНЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫГИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИВТОРСНОМУ СВИДЕ(56) Гли берман А.Я, и др . Фот опреобразователи в науке и тех Итоги науки и техники, - С Электроника и ее применение", М.ф 1980, с, 117-162Фотоэлементы селеновые типов Ф 45 С,Ф 52-57.0 ТУ 3-3.1293-75. Завод "Кварц", 1975.(54) ФОТОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к фотоэлектрическим устройствам, конкретнее к устройствам, предназначенным для фотометрических измерений освещенности, яркости. Цель изобретения - повышение точности измерения, Существующие фотометрические устройства обладают недостаточной точность зобретение относится к отоэлек щенности, яркости и т.д.Целью изобретения является повыение точности измерения за счет фор мирования спектральной характеристики (СХ), близкой к кривой видности лаза, при одновременном обеспечеизмерения вследствие значительногоотличия спектральной характеристикиот кривой видности глаза и нестабильности ее в условиях действия повышенной влажности и температуры, Дляповышения точности измерения в известном фотометрическом устройстве,содержащем подложку, фотопроводящийслой, прозрачный проводящий электроди защитный слой, а также узел регистрации, выполняют подложку из прозрачного химически стойкого материала, Фотопроводящий слой - из аморфного гидрированного кремния толщиной, определяемой по полученной авторами зависимости из определенного .диапазона. Поверх фотопроводящегослоя наносят слой металла с высокойработой выхода и покрывают герметиком поверхность фотометрическогоустройства, противоположную освещаемой. Кроме того, для дальнейшегоповышения точности измерения в Фотометрическое устройство вводят дополнительный и"-слой (а-Б:И). 2 з.п.ф-лы, 2 ил,2нии ее стабильности в условиях повышенной влажности и температуры,На фиг.1 представлена принципиаль ная схема ФУ; на Фиг.2 - кривая видности глаза, СХ известных устройств, а также СХ предлагаемого устройства до и после воздействия повышенной температуры и влажности.На фиг, 1 обозначены подложка 1, розрачный проводящий электрод 2, 146 74045 10 15 20 и+-слой 3 из (а-ЯйН), фоточувствительный слой 4 из (а-Б:Н), слой 5 металла с большой работой выхода,герметик 6, узел 7 регистрации.Выполнение подложки иэ прозрачного, химически стойкого материала обусловлено необходимостью пропускания через нее света, В противном случае СХ ФУ изменяется неконтролируемым образом. Химическая стойкость материала подложки предотвращает воздействие внешней среды и ее изменений (температуры, влажности и др.) на фоточувствительный слой, т.еподложка одновременно является и зафщитным слоем. Материал подложки способствует. как формированию необходимой СХ, так и стабильности СХ.Выполнение фоточувствительного слоя из аморфного гидрированного кремния (а-Яд:Н) вызвано тем, что планки (а-Ы:Н) обладают высокой фотопроводимостью в требуемом спектральном диапазоне, более устойчивой структурой по сравнению с другими аморфными и халькогенидными стеклами, которые потенциально могли быбыть использованы в качестве фоточувствительного слоя, В связи с этим предлагаемый материал определяющим образом влияет как на формирование СХ, так и на ее стабильность, при различных внешних условиях. Критичным параметром является и толщина фоточувствительного слоя. Так, при толщине С), 1 мкм основное поглощение света происходит в области отсутствия электрического поля, поэтому генерированные светом носители будут рекомбинировать, не давая вклад в фототок. При толщине й ( 111 (Ус - ширина области собирания фотоносителей) все генерированные светом носители собираются и дают вклад в фототок, т.е. не будет необходимого спада СХ в коротковолновой области,Слой металла с высокой работой выхода необходим для образования встроенного электрического поля,которое разделяет фотоносители и обеспечивает ток во внешней цепи, Данный слой должен бьггь нанесен на фото-. чувствительный слой. Отсутствие данного слоя делает невозможным работу устройства, Герметизация подложки с нанесенными слоями со стороны,противоположной освещаемой, необходима для защиты ФУ и стабилизации СХ.От 25 30 35 40 45 50 55 сутствие герметизации ведет к неконтролируемым изменениям СХ подвоэдействиЕм внешней среды (повышение темперагуры и влажности) и, какследствие, к понижению точности измерений.Критичной характеристикой является толщина фоточувствительного слоя,которую предлагается выбирать изуказанного в формуле изобретения интервала. Предложенная зависимостьпозволяет определить, оптимальную толщину фоточувствительного слоя,обеспечивающую совпадение максимума СХс максимумом кривой видности глаза.Это приводит к повышению точностиизмерений,Возможно и дальнейшее повышениеточности и чувствительности, котороедостигается дополнительным введецием и -слоя из (а-Бь:Н) в соответствии с формулой, Повышение чувствительности при этом происходит за счет более полного собирания фотоносителей (устранением неомичцости контакта),а повышение точности - в результате более правильного формирования СХ в коротковолновой области (подавление фототока в область очень коротких длин волн, поглощение которых происходит вблизи границы прозрачного проводящего электрода и фоточувствительного слоя) .Таким образом, подложка 1 является основой для нанесения на цее всех последующих слоев, защнтным слоем и одновременно поверхностью для пропускация измеряемого света в фото 1 чувствительный слой 4. Назначение прозрачного проводящего электрода 2 состоит в прапускации света к фоточувствительному слою 4, сборе фото- носителей и обеспечении контакта с узлом 7 регистрации, и в сл 3 необходим для формирования омического контакта Р В фоточувствительном слое 4 происходят генерация и разделение фотоносителей. Слой 5 металла с высокой работой выхода обеспечивает формирование электрического поля в фоточувствительном слое 4. Герметикобеспечивает защиту ФУ от влияния внешней среды со стороны противоположной освещаемой, а узел 7 регистрации регистрирует фототок.ФУ работает следующим образом.Измеряемый свет, пройдя подложку 11, прозрачный проводящий электрод 2, 1467404и+-слой 3, генерирует в фоточувствительном слое 4 носителя заряда, которые разделяются встроенным электрическим полем на границе фоточувстви 5тельного слоя 4 и слоя 5 металла свысокой работой выхода. Далее носители заряда собираются с помощьюпрозрачного проводящего электрода 2и металлического слоя 5, направляются в узел 7 регистрации, который вырабатывает сигнал, пропорциональныйинтенсивности измеряемого света.На фиг,2 приведены кривая 8 видности глаза, кривая 9, СХ ФУ с фоточувствительным слоем из Бе, СХ 1 О ФУс фоточувствительным слоем их СЙБ,СХ ФУ, изготовленного и описанногов примере конкретной реализации до ипосле воздействия повышенной температуры и влажности, - кривые 11 и 12соответственно,П р и м е рНа подложку 1 последовательно наносим прозрачный проводящий электрод 2, и -слой 3, фоточувствительный слой 4, слой 5 металла с высокой работой выхода, далееподсоединяем с помощью внешних проводников узел 7 регистрации. Послеэтого со стороны, обратной освещае- З 0мой, все нанесенные слои покрываютсягерметиком 6,В качестве подложки 1 использовалось обычное стекло размером 25" 25 мм, толщиной 2,5 мм. На однуповерхность подложки 1, противоположную освещаемой, методом магнетронного напыления мишени из 1 и Б, в атмосфере С нанесен прозрачный проводящий электрод 2 из окиси индия-оло 40ва, Толщина электр ода 2 О, 5 мкм, слое-.вое с опр отинле ние Н = 200 Ом. Затемнаносили п-слой 3 из (а-Я:Н), легированного фосфором, и фоточувстви -тельный слой 4 из (а-Б 1:Н) через мас 45ку с отверстием диаметром 12 мм.Слои 3 и 4 наносились методом разложения силана в плазме ВЧ-тлеющегоразряда, Использовались рабочая смесь+50тельного слоя 4, для п -слоя в этусмесь добавлялся фосфин РН з так,чтобы концентрация молекул фосфина по1 отношению к концентрации молекул силана составила 1-27. ОТолщина и -слоя (а-Я:Н) 300 А (время нанесения 5 мин), толщина фоточувствительного слоя 4 0,33 мкм. Затем на фоточувствительный слой4 наносился слой 5 металла с большойработой выхода. В данному случае наонесен слой РС толщиной 300 А черезмаску с отверстием диаметра 10 мм,расположенную соосно с ранее использовавшейся маской для нанесенияп-слоя 3 и фоточувствительногослоя 4,Далее к слов 5 металла и прозрачному электроду 2 прикреплены с помощью проводящего клея проводники,которые обеспечивали контакт с узлом 7 регистрации. В качестве узла7 регистрации использовался приборШв режиме измерения тока. Затем после просушки проводящего клеявся поверхность ФУ, обратная освещаемой, заливалась герметиком на основе эпоксидной смолы. Предлагаемаяконструкция ФУ позволяет наносить дополнительно р+-слой (а-Б:Н) междуфоточувствительным слоем 4 и слоем 5металла с большой работой выхода.Приэтом используется такая маска, что идля слоев 3 и 4. Р -слой позволяетувеличить электрическое поле в фоточувствительном слое 4 и, следовательно, повысить чувствительность ФУ.Такие ФУ также изготовлены и испытаны, причем наблюдалось повышениечувствительности, р -слой изготавливался также разложением силановойсмеси 95/ Аг + 5 Е БН с добавлением диборана ВНтанк, чтобы ВН//Я 1 Н= 1-27,Мекеты ФУ подвергнуты следующим испытаниям: выдержка в течение 4 ч при температуре 6С и влажности 1007, засветка лампой ДКсЭ - 1000 Вт через водяной фильтр толщиной 3 см. После испытаний измерены СХ и токовая чувствительность. На фиг.2 приведены СХ образцов ФУ до испытаний (кривая 11) и после испытания (кривая 12),Изменение токовой чувствительности составляло не более 17. в пределах точности измерений.В целом, если оценивать улучшение точности измерения за счет формирования СХ, более близкой к кривой видности глаза, по разности площадей (фиг.2), то предлагаемое устройство обеспечивает повышение точности по сравнению с известным более чем в два раза.Формула изобретения1. Фотометрическое устройство, содержащее подложку, Фоточувствительный слой, прозрачный проводящий 5 электрод и защитный слой, а также узел регистрации, соединенный с прозрачным проводящим электродом, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет Формирования спектральной характеристики, близкой к кривой видности глаза, при обеспечении ее стабильности в условиях повышенной влажности и температуры, подложка,одновременно являющаяся и защитным слоем, выполнена из прозрачного для направляемого на нее измеряемого света химически стойкого материала, на подложку последовательно по ходу излучения нанесены прозрачный проводящий электрод и Фоточувствительный слой, причем последний выполнен из аморфного гидрированного кремния (а-Бд:Н) толщиной , удовлетворяющей условию Ю й 41 мкм, где Ус - ширина области собирания фотоносителей, поверх Фоточувствительного слоя расположен слой металла с работой выхода, большей работы выхода фоточувствительного слоя, свободные поверхности прозрачного электрода и всех нанесенных слоев покрыты герме,тиком, а узел регистрации соединен со слоем укаэанного металла,2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что толщину С фоточувствительного слоя определяют по зависимостиУехр(-ЫУс)1-е рЮУ,)+ Ю )где 1 - коэффициент оптического поглощения фоточувствительногослоя, соответствующий требуемому максимуму спектральной характеристики, см,3, Устройство по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что между прозрачным проводящим электродом и Фоточувствительным слоем дополнительно введен и -слой аморфного гид+рированного кремния.Заказ 1185/37 Тираж 466 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и отк 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д ням при