координатно-чувствительный приемник оптического излучения
Классы МПК: | H01L31/09 приборы, чувствительные к инфракрасному, видимому или ультрафиолетовому излучению |
Автор(ы): | Рахимов Н.Р. (RU), Серьезнов А.Н. (RU) |
Патентообладатель(и): | ФГУП Сибирский научно-исследовательский институт авиации им. С.А. Чаплыгина (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-11-03 публикация патента:
20.02.2005 |
Изобретение относится к приемникам оптического излучения для применения в оптоэлектронных и робототехнических устройствах, служащим для регистрации параметров оптического излучения. Технический результат изобретения: повышение чувствительности. Сущность: координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения включает стеклянную подложку, фоточувствительную АФН-пленку (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлические контакты и получен из полупроводниковых соединений в виде ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек начиная с 1 мкм. 2 ил.
![координатно-чувствительный приемник оптического излучения, патент № 2246779](/images/patents/222/2246779/2246779.jpg)
![координатно-чувствительный приемник оптического излучения, патент № 2246779](/images/patents/222/2246779/2246779-3.jpg)
Формула изобретения
Координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения, включающий стеклянную подложку, фоточувствительную АФН-пленку (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлические контакты, отличающийся тем, что координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения получен из полупроводниковых соединений в виде ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек, начиная с 1 мкм.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к приемникам оптического излучения, а именно, для применения в оптоэлектронных и робототехнических устройствах для регистрации параметров оптического излучения.
Известен координатно-чувствительный датчик для регистрации параметров оптического излучения, состоящий из фотодетектора, например ПЗС-матрицы, перед которым установлен оптический элемент, коэффициент пропускания которого изменяется в зависимости от местонахождения на световом диаметре элемента [1].
Недостатком этого датчика является сложность оптической системы, низкая чувствительность и обязательное применение электропитания.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому приемнику является координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения “КЧП-1М”, состоящий из стеклянной подложки, фоточувствительной АФН-пленки (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлических контактов [2].
Недостатком “КЧП-1М” является низкая чувствительность к координатам оптического излучения.
Задачей изобретения является создание координатно-чувствительного автономного приемника оптического излучения повышенной чувствительности.
Поставленная задача решается за счет того, что координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения, полученный из полупроводниковых соединений в виде ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек, начиная с 1 мкм.
Для получения пленок различной толщины использована вакуумная установка ВУП - 2к. В рабочей камере вакуум достигал порядка 10-4 - 10-5 мм рт.ст., температура подложки 310-480°С, подложку располагают под углом 45° к направлению молекулярного пучка.
В качестве подложек использовалось стекло толщиной 2 мм. Подготовленные подложки помещались в специальный держатель и на поверхность подложки устанавливалась маска из изоляционного материала (гетинакс). В рабочую камеру устанавливался микроэлектродвигатель 2 об/мин, для открытия или закрытия поверхности подложки. Открытие поверхности подложки осуществляется электродвигателем при помощи легкого термического шнурка, связанного с маской. При вращении двигателя постепенно открывается поверхность подложки. Пленки, полученные на подложке с размером 2×20 мм2, ступенчатообразны. Толщина каждой ступени определялась при помощи интерференционного микроскопа МИ-4.
На фиг.1 приведено изображение аномально фотонапряженной пленки: 1 - ступенчатообразный фоточувствительный слой из кристаллического теллурида кадмия; 2 - стеклянная подложка, 3 - металлические контакты Ф0-поток падающего направленного монохроматического излучения.
Падающий поток света Ф 0 генерирует фотонапряжение АФН. Меняя координаты монохроматического излучения по ступенькам от 1-2,0 мкм, пропорционально уменьшается генерируемое фотонапряжение Vафн.
Проанализировав графики толщиной зависимостей можно считать, что АФН-эффект в пленках типа теллурида кадмия связан с суммированием напряжений р-п переходов, образующихся на границе гексогональной и кубических фаз. Многочисленные опыты показывают, что для пленок типа теллурида кадмия эффективная толщина чувствительного слоя составляет 1 мкм. Исследованы зависимости Vафн (В) от толщины пленки (фиг.2).
В исследованных нами термически обработанных пленках, фотонапряжение сначала возрастало (до 1 мкм толщиной), а потом с увеличением толщины уменьшалось. Монохроматическое освещение при всех измерениях поддерживалось постоянным I=104 лк.
Пример 1. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 420°С в вакууме 10-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка и сверху покрывают маской. Постепенно открывается подложка и образцы ступенек. Толщина каждой ступеньки составляет 0,8 мкм, 1,3 мкм, 1,5 мкм, 1,8 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 65 В, 32 В, 26 В, 8 В, соответственно, при I=10 4 лк.
Пример 2. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 470°С в вакууме 10-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, и сверху покрывают маской. Постепенно открывается подложка и образуются ступеньки. Толщина каждой ступеньки составляет 0,9 мкм, 1,4 мкм, 1,6 мкм, 1,8 мкм, 2 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 55 В, 38 В, 33 В, 26 В, 12 В, соответственно, при I=104 лк.
Пример 3. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 480°С в вакууме 10 -4 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, и сверху подготовлена маска для покрытия. Ступенчато закрывается подложка, при этом образуются ступеньки. Толщина каждой ступеньки составляет 0,9 мкм, 1 мкм, 1,3 мкм, 1,3 мкм, 1,8 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 110 В, 86 В, 38 В, 26 В, соответственно, при I=104 лк.
Пример 4. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 480°С в вакууме 10-4 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, и сверху подготовлена маска для покрытия. Ступенчато закрывается подложка, при этом образуются ступеньки. Толщина каждой ступеньки составляет 1 мкм, 1,2 мкм, 1,4 мкм, 1,6 мкм, 1,8 мкм.
Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 150 В, 96 В, 85 В, 43 В, 22 В, соответственно, при I=104 лк.
В координатно-чувствительных фотогенераторах на основе пленок теллурида кадмия можно разработать координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения. Входной сигнал содержит информацию о направлении и величине смещения излучающего объекта. На основании ступенчатообразного полученного АФН-пленку по способу получения координатно-чувствительного фотогенератора изготовлен координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения.
Координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения предназначен для определения координат источника светового излучения. Входной сигнал содержит информацию о направлении и величине смещения излучающего объекта.
Литература
1. Optischer Sensor. Заявка № 19714820, Германия, МПК6 G 01 J 1/22, В 64 G 1/36, опуб. 15.10.1998.
2. Мирзамахмудов Т.М., Рахимов Н.Р., Гафуров У.А. Координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения “КЧП-1М”. М., Внешторгиздат. № 3823Т, 1991.
Класс H01L31/09 приборы, чувствительные к инфракрасному, видимому или ультрафиолетовому излучению