Полупроводниковый детектор излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов

Полупроводниковый детектор излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к фототермомагнитным детекторам излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Цель - повышение чувствительности, что достигается выполнением чувствительного элемента детектора в виде двухслойной полупроводниковой структуры с разными значениями эффективной массы m электронов в слоях. Приемной гранью чувствительного элемента, обращенной к выходному окну волновода, через который подается излучение, является грань с наи/ / t+34t большим параметром () .,где t и S показатели степени в зависимостях импульсной и энергетической частот столкновений электронов от массы. При указанных условиях с обычньм фото термомагнитным эффектом складывается фототермомагнитный эффект, обусловленный различием эффективной массы электронов в слоях, что приводит к повышению чувствительности. 2 э.п. ф-лы, 2 ил. г (О

СОЮЗ СОВЕТСК(СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБ ЛИН

19 А1

09) 01), (51)5 H 01 L 31/02,.<...;Г1 jg

Ъ (Е, iKDJы . -

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 23.10.90. Бюл. В 39 (21) 4091856/31«25 (22) 02.07.86 (71) Институт радиофизики и электроники АН УССР (72) Д.J\. Халамейда, В.A. Герасименко, И.М. Раренко, Э.Б. Тальянский

А.И. Ваксер и В,А. Погребняк (53) 621.382(088.8) (56) Патент СйА У 3567946, кл. Н 01 J 39/12, 1971 °

Выставкин А.Н. и др. Электронный " термомагнитный эффект. Радиотехника и электроника, 1963, т.8, Ф 6, с,9941001. . (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДЕТЕКТОР ИЗЛУЧЕНИЯ ИИПЛИИЕТРОВОГО И СУБИИЛЛИИЕТРОВОГО ДИАПАЗОНОВ (57) Изобретение относится к фототермомагнитным детекторам излучения миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн. Цель — повышение чувствительности, что достигается выполнением чувствительного элемента детектора в виде двухслойной полупроводниковой структуры с разными значениями эффективной массы m электронов в слоях. Приемной гранью чувствительного элемента, обращенной к выходному окну волновода, через который подается излучение, является грань с наиф+94! большим параметром (m /m) где

t u S. показатели степени в зависимостях импульсной и энергетической частот столкновений электронов от массы.

При указанных условиях с обычным фототермомагнитным эффектом складывается фототермомагнитный эффект, обусловленный различием эффективной массы электронов в слоях, что приводит к повышению чувствительности. 2.з.п. С ф-лы, 2 ил. юа

14039 упрои полуения вого ьзова» в. повыра. ельный 1О ожение детек-. — физио 1 15 электво 2, ющий эффекого ми зф и шй* ный явлении олупро- 25 иента рпенполя змеря,30 ектрона вмес ссматся

35 энер, попеДС, ш и чувст 40 ически» услоого по падаю45 екта (1) Изобретение относится к пж водниковым приборам, а именно проводяиковым детекторам излуч миллиметрового и субмиллиметро .диапазонов, и может быть испол но в приемниках этих диапазоно

Целью, изобретения является шение чувствительности детекто

На фиг. 1 изображен чувствит элемент детектора и его распоп относительно магнитного поля и тируемого излучения на фиг.2 ческая модель детектора.

Детектор содержит .устройств для создания магнитного поля, рическое индикаторное устройст чувствительный элемент, облада электронным фототермомагнитным том 3, слои 4 и 5 чувствительн элемента с различными значения фективной массы электронов m.

Электронный фототермомагнит (ЭФТМ) эффект заключается в по электроцвижущей силы (ЭДС) в и воднике при наличии в нем град электронной температуры 0 и пе дикулярного к grad О магнитного (см.фиг.1). ЭДС ЭФТМ эффекта и ется в направлении, ортогональ магнитному полю и градиенту эл ной температуры. Величина ЭДС

I те с ней и чувствительность ра риваемого детектора. определяют параметрами полупроводникового риала (величинами импульсной и гетической частот столкновений речной дифференциальной термоЭ эффективной массой электронов . т.д.}, из которого изготовлен вительный элемент, его геометр ми размерами, а также внешними виями — напряженностью магнитя ля Н, температурой Т, частотой щего излучения и

Напряженность поля ЭФТМ эфф

Е» определяется выражением

9 (4 а} — 8(-a) Е »Ф

Х му

50 где Ф „ = Ф„ (Н) — коэффициент поперечного эффекта Нернста-Эттингсгаузена; 2а — толщина чувствительного элемента вдоль оси Z (фиг.2} 8 (»+а)значения температур электронного газа на граничньм плоскостях Z=+a чувствительного элемента. . Выражение длл температуры электронного газа можно получить из уравнения

19 теплового баланса. В случае слабого разогрева и нормального скин эффекта: «) - Т + — -- — — — — - 1К(Е) е

mQ (m, T) 4„(m, Т) (2) где Т ни температура решетки, m — - эффективная масса электрона, 1э(ш,T)-энергетическая частота столкновений

4+(m,Т)-импульсная частота столкновений.

P(z-à)

E(Z) К е где Е, — амплитуда электромагнитной волны на грани Z +aq

P — обратная глубина затухания аиилитуиы элантроиатнитион

2VGI2 арлны P= — — — -;.r e

С э . 6 — проводимость; С вЂ” скорость света.

Из выражения (2) следует, что величины температур 9 (+а) наряду с

К(Е) зависят и от m, т.е. существует воэможность дополнительно увеличить разность 8(+a)-0(-а) за счет изменения m вдоль Е. Практическая реализация этой воэможности осуществляется путем изготовления чувствительного элемента обладающего ЭФТМ эффектом, и виде. двухслойной структуры с различными эффективными массами электронов в слоях. Использование такого чувствительного элемента увеличивает разность температур 9 (+а)-0(-а) по сравнению с однородным чувствительным элементом. Это приводит согласно выражению (1) к увеличению напряженности поля ЭФТМ эффекта и повышению чувствительности детектора.

Пример. В качестве материала двухслойной полупроводниковой структуры использован тверпый раствор п-СЙ„Ну,»„ Те с и 10 см" и значениями X 0,15 для первого слоя и Х

0,5 для второго, которым отвечают соответственно ш,=0,001 ш,и ш

-0 08 m °

При гелиевых температурах рассеяние импульса электронов происходит на.заряженньм примесях, а энергийна деформационном потенциале акустических фононов, дпл которых t-"-1/2, S 1/2, т,е. t+S+1=1>0, В этом случае

3 1АО спое "1" (с меньшей эффективной массой) соответствует большее значение

$*S+» параметра (- ) и он служит приемной гранью устройства, При более высоких температурах, когда доминирующими механизмами рассеяния энергии являются оптические фононы (S -1/2), а импульса — нейтральные примеси (t -2), величина

t+S+1 -3/2 0 и приемной гранью детектора служит слой "2" с большей эффективной массой.

Выполнение чувствительного элемента в виде двухслойной полупроводниковой структуры с тонким варизонным переходом между слоями и отличающй.мися в 10 раэ по сравнению с однородным элементом эффективными массами электронов в слоях позволяет в 10 раз увеличить чувствительность детектора I»0 сравнению с прототипом, доведя ее значение до 5 кя/Вт.

Формула изобретения

39! 9,4 ми, индикаторное устройство, соединенное с чувствительным элементом, отличающийся тем, что, с целью повьппения чувствительности, чувствительный элемент выполнен в виде двухслойной полупроводниковой структуры с раэньм» значениями эф- фективной массы m электроно»» в слоях»

1О 4+5+1 причем соотношение (-+) я вляетm ся наибольшим на грани, обращенной к выходному окну волновода, где m,масса свободного электрона, t н Sпоказатели степеней в зависимостях импульсной 1и и энергетической частот столкновений электронов от массы, определяемых формулами

"и()- п() («ш-) ° У(" )" 4 .) (ш — ) шо ™

Ф

2. Детектор по и.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью иикро25 миниатюризации, толщина 2а двухслойного чувствительного элемента удовлетворяет неравенству

2ааао! . Полупроводниковый детектор излучения миллиметрового и субмиллимет» рового диапазонов, содержащий устройство для создания магнитного поля, чувствительнь»й элемент, обладающий электронным фототермомагннтным эффектом и расположенный в магнитном поле, волновод с входным и выходным окна3р где 8 — глубина затухания электромагнитного излучения.

3. Детектор по п.1, о т л и ч а ющ н и с я тем, что в качестве материала двухслойной полупроводниковой структуры использован твердый раствор

Сд„НВ»«„Те с раэлн »ными значениями

Х в каждом из слоев.

1403919

Составитель П. Виралин, Текред М.Дндык Корректор Л. Пилипенко

Редактор В. Трубченко

Тираж 450 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Иосква, Ж-35, Рауаская наб.„ д. 4<5

Заказ 4356 т

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4