способ регистрации и измерения потока ик излучения
Классы МПК: | H01L31/08 в которых излучение управляет током, проходящим через прибор, например фоторезисторы G01J1/42 действующие с помощью электрических детекторов излучения |
Автор(ы): | Чистохин И.Б., Тишковский Е.Г., Зайцев Б.А. |
Патентообладатель(и): | Институт физики полупроводников СО РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-12-27 публикация патента:
20.06.1998 |
Использование: в полупроводниковой технике и для регистрации и измерения потока ИК излучения. Сущность изобретения: в способе регистрации и измерения потока ИК-излучения фоторезистором на основе кремния, легированного селеном, включающем приложение к его контактам постоянного напряжения, освещение фоторезистора и регистрацию сигнала с резистора нагрузки, прикладывают напряжение U(В) в диапазоне 1,4
103
d <U <1,7
103
d, регистрируют частоту колебаний тока f (Гц) в резисторе нагрузки и определяют величину потока ИК-излучения Рф (Вт/см2) из соотношения: Pф = f
U/b, где d - длина образца между контактными областями, см; b - постоянная величина для данного фоторезистора, определяемая по приведенному соотношению в указанном диапазоне напряжений хотя бы при одном известном значении Рф. Технический результат заключается в получении усиленного переменного фотосигнала, пропорционального потоку ИК-излучения непосредственно с фоторезистора без применения модуляции потока. 1 табл.
Рисунок 1
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
Формула изобретения
Способ регистрации и измерения потока ИК излучения фоторегистром на основе кремния, легированного селеном, включающий приложение к его контактам постоянного напряжения, освещение фоторезистора и регистрацию сигнала с резистора нагрузки, отличающийся тем, что регистрируют частоту колебаний тока f (Гц) в регисторе нагрузки и определяют величину потока Рф (Вт/см2), связанную с f и приложенным напряжением U (B) в диапазоне1,4
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
соотношением
Рф=f
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
где d - длина образца между контактными областями, см;
b - постоянная величина, определяемая из приведенного соотношения хотя бы по одному известному значению Рф.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано для регистрации и измерения потока ИК-излучения. Известный способ регистрации и измерения потока ИК-излучения примесным фоторезистором [1] включает приложение к его контактам постоянного напряжения, освещение фоторезистора через оптический модулятор и регистрацию сигнала с резистора нагрузки, включенного последовательно с примесным фоторезистором. Данный способ, несмотря на широкое использование, обладает рядом недостатков. Наиболее существенным является необходимость использования оптического модулятора и затем усиления переменной составляющей фотосигнала до необходимой величины с помощью узкополосных измерительных усилителей. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ регистрации и измерения потока ИК-излучения примесным фоторезистором на основе кремния, легированного селеном [2]. Этот способ включает приложение к контактам примесного фоторезистора на основе кремния, легированного селеном, постоянного напряжения, освещение фоторезистора через оптический модулятор и регистрацию сигнала с резистора нагрузки, включенного последовательно с примесным фоторезистором. Основными недостатками являются также использование оптического модулятора и затем усиление переменной составляющей фотосигнала до необходимой величины с помощью узкополосных измерительных усилителей. Это приводит к усложнению измерительной системы, добавлению дополнительных шумов измеряемого тракта и использованию дорогостоящего оборудования. Техническим результатом изобретения является получение усиленного переменного фотосигнала, пропорционального потоку ИК-излучения непосредственно с фоторезистора без применения модуляции потока. Технический результат достигается тем, что в способе регистрации и измерения потока ИК-излучения на примесном фоторезисторе на основе кремния, легированного селеном, включающем приложение к его контактам постоянного напряжения, освещение фоторезистора и регистрацию сигнала с резистора нагрузки, прикладывают напряжение U (B) в диапазоне1,4
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
регистрируют частоту колебаний тока f (Гц) в резисторе нагрузки и определяют величину потока ИК-излучения Pф (Вт/см2) из соотношения
Pф = f
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
где
d - длина образца между контактными областями, см;
b - постоянная величина для данного фоторезистора, определяемая по приведенному соотношению в указанном диапазоне напряжений хотя бы при одном известном значении Pф. Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем. Известно, что селен в кремнии является донором с энергией основного состояния Eс - 0,29 эВ и возбужденного Eс - 0,03 эВ. При частичной компенсации мелкой акцепторной примесью (например, бором) образуются положительно заряженные ионы селена, которые служат центрами захвата (ловушками) для электронов. В случае низкой температуры, когда термических обмен с зоной проводимости затруднен, такой полупроводник имеет большое сопротивление и, следовательно, большое среднее время диэлектрической релаксации, значительно превосходящее другие характерные времена (время жизни и время пролета), определяющие релаксацию фотопроводимости в традиционном способе. При этом распределение электрического поля в фоторезисторе в основном определяется зарядом электронов, захваченных на ловушки и суммарный заряд которых много больше концентрации носителей в зоне проводимости. Под действием ИК-засветки в фоторезисторе происходит однородная генерация электронов с основного состояния уровня Eс - 0,29 эВ в зону проводимости. Обратный процесс захвата в основное состояние происходит через имеющиеся возбужденные состояния. При приложенном напряжении, за счет быстрого выноса электронов, большая часть носителей заряда захватывается вблизи анодной области фоторезистора. В результате образуется локально связанный заряд, приводящий к перераспределению электрического поля в образце. В следующий момент времени электроны, замедляя движение вблизи связанного заряда, будут захватываться более эффективно у его левой границы, сдвигаясь к области катода. Одновременно генерация светом приводит к освобождению связанного заряда на ловушках правой границы. Таким образом, в стационарном состоянии происходит непрерывное движение связанного заряда по ловушкам против направления дрейфа электронов в зоне проводимости. При возрастании приложенного напряжения в фоторезисторе формируется дрейфовое электрическое поле, в котором происходит разогрев носителей заряда. Разогрев носителей приводит к уменьшению эффективности захвата свободных носителей и возрастанию вероятности ударной ионизации захваченного на ловушки заряда. Ударная ионизация носителей с возбужденного состояния примеси нарушает описанное выше стационарное состояние и в фоторезисторе формируется новое, автоколебательное состояние, регистрируемое в виде колебаний тока в нагрузочном резисторе. Возникшее автоколебательное состояние поддерживается за счет механизмов внутреннего усиления флуктуаций тока с определенным отбором частот и характеризуется дисперсионным соотношением, связывающим частоту осцилляций тока f с приложенным напряжением U и примесной ИК-засветкой Pф
f = b
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
причем
b = e
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113004/945.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113037/955.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113038/960.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113003/949.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113003/949.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
где
e - заряд электрона;
d - длина фоторезистора между контактными областями;
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113004/945.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113003/949.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113003/949.gif)
k - волновое число;
h - постоянная Планка;
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113037/955.gif)
c - скорость света. Коэффициент b постоянен для данного фоторезистора и определяется по известному потоку ИК-излучения хотя бы в одной точке. Интенсивность измеряемого потока ИК-излучения определяется путем измерения частоты токовых осцилляций при известном приложенном напряжении и коэффициенте b. Выбор диапазона напряжений обусловлен по минимуму необходимым достижением времени пролета и степенью разогрева, а по максимуму - ударной ионизацией с возбужденного состояния во всем объеме фоторезистора. Проверка предлагаемого способа регистрации и измерения потока ИК-излучения проводилась экспериментально. Пример. Образцы были изготовлены путем легирования кремниевой пластины марки КДБ-20 донорной примесью - селеном до концентрации ~1016 см-3. Омические контакты создавались путем подлегирования фосфором до концентрации 1020 см-3. Площадь фоторезистора составляла 3,14
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113004/177.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
![способ регистрации и измерения потока ик излучения, патент № 2113745](/images/patents/358/2113002/183.gif)
Класс H01L31/08 в которых излучение управляет током, проходящим через прибор, например фоторезисторы
Класс G01J1/42 действующие с помощью электрических детекторов излучения