Фототранзистор

Фототранзистор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области фотоэлектроники, в частности регистрации излучения. Цель изобретения - расширение диапазона спектральной чувствительности в инфракрасную область . Фототранзистор включен по схеме с общей базой. Эмиттер выполнен из полупроводникового материала с концентрацией основных носителей, при которой коэффициент поглощения регистрируемого излучения на них удовлетворяет условию IOCT t где d толщина эмиттера, - коэффициент поглощения регистрируемого излучения на свободных основных носителях в эмиттере, 1 - длина остывания фотовозбужденных основных носителей. Напряжение смещения эмиттера по постоянному току и Ср - hc/ (q, где f контактная разность потеяаиала эмиттерного перехода} h - постоянная Планка; С - скорость света; q - заряд электрона; Л - длина волны. Сопротивление регистрируемого излучения эмиттер и база закорочены на частоте модуляции регистрируемого излучения. Регистрируемое излучение поглощается в эмиттере свободными носителями заряда, сообщая им энергию, достаточную для преодоления эмиттерного перехода. Пришедшие в базу носители попадают в коллекторный переход смещенный в обратном направлении. При. этом обеспечивается усиление сигнала. Фототранзистор позволяет регистрировать излучение средней и дальней ИК-области. 1 ил. (Л с: 4 О « СО сл 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИН

„„SU,, ЦОЩ5 А1 (5i) $ H 01 1 31 103

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 30.06,93. Бюл„Р 24 (21) 3894738/25 (22) 14.05.85 (72) Я.А.Оксман, И.Я.Мармур, А.А.Вакуев, С.П.Ашмонтас и Э.И.Ширмулис

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (56) Полупроводниковые фотоприемники видимого и ИК-диапазонов,/ Под ред, P.Äæ.Êèåñà. М.: 1985, с. 38-40.

Полупроводниковые фотоприемники./

Под ред. В.И.Стафеева. М,: Радио и связь, 1984, с. 66, 140. (54) ФОТОТРАНЗИСТОР ($7) Изобретение относится к области фотоэлектроники, в частности регистрации излучения. Цель изобретениярасширение диапазона спектральной чувствительности в инфракрасную область. Фототранзистор включен по схеме с общей базой. Эмиттер выполнен из полупроводникового материапа с концентрацией основных носителей, при которой коэффициент поглощения реги" стрируемого излучения на них удовлетворяет условию Й= К 1,, где d —толщина эмиттера, К, " коэффициент поглощения регистрируемого излучения на свободных основных носителях в эмиттере, 1 - длина остывания фотовозбужденных основных носителей.

Напряжение смещения эмнттера по постоянному току U p — hc Aq где - 1 контактная разно ть потеяциала эмиттерного перехода; h — постоянная

Планка; С вЂ” скорость света; q — заряд электрона; 9 — длина волны. Сопротивление регистрируемого излучения эмиттер и база эакорочены на частоте модуляции регистрируемого излучения ° Регистрируемое излучение поглощается в эмиттере свободными носителями заряда, сообщая им энергию, достаточную для преодоления эмиттерного перехода. Пришедшие в базу носители попадают в коллекторный переход смещенный в обратном направлении. При этом обеспечивается усиление сигнала, Фототранзистор позволяет регистрировать излучение средней и дальней

ИК"области. 1 ил.

Изобретение Относится к области, ПОЛуПрОВОдНИКОВОй фотОЭЛЕКтрсНИКИ, В частности к фототранэисторам, Целью изобретения является расширение диапазона спектральной чувствительности в инфракрасную область спектра. )

На чертеже показан фототранэистср н схемЯ с го Вк чю Iе ния с общей базой)»

)»)

Фототранзистор и-р-п-типа cостсит иэ змиттера 1, базы 2 и коллектора Г (n-типа) . Фототр»анэистср включен пс схеме с общей базой. Лля этого источники 4 и 5 напряжения включены в эмит- : терную и коллекторную цепи соответственно, а с сопротивления 6, являющегося нагрузкой коллектора, снимается полезный сигнал. На эмиттер 1 падает излучение 7, мсдулирован»ое с частотой и

Сопротивление внешней цепи между змиттером 1 и базой 2 на частo)"e voдуляции регистрируемо"o излучения l много меньше сопротивления эмиттер- . 5 база фстотранзистора, что достигается, .Например шунтирова..ием зми1терного перехода конденсатором Я большой емкости С такой, что (ыС/ - г, где

r — сопротивление эмиттер-база фототрЯнзистсра нЯ ЧЯстоте Q,,Так)ч)м образом, эмиттерный переход "аксрочен на частоте модуляции сигнала.

Регистрируемое излучение, проходя через эмиттер, поглощается свободными носителями сообщая им энергию рЯв ную энергии фотона. "Разогретые" светом носители движутся к эмиттерному переходу и те иэ них, энергия которых достаточна для преодоления потенциального барьера, переходят в базу. Таким образом, в рассматриваемом случае внутренней фотсзмиссии высота потенциального барьера эмиттерного перехода, задаваемая прямым смещением, определяет диапазон длин воли регистрируемого излучения.

Для расширения диапазона спек гральной чувствительности в ИК-область спектра необхсдимо сделать барьер перехода эмиттер"база равным энергии кванта регистрируемого излучения,. что достигается,приложением постоянного напряжения и смещения "-.миттера, удовлетворяющего условию

5 » где Ц) - контактная разность потенциалов эмиттерного переходя;

) постоянная Планка, С . скорость света заряд элРктрсна

Ъ вЂ” длина волны регистрируемого иэлучения, Перешедшие в бяэу носителя попадают в коллекторный р-II"переход, смещенный в обратном направлении.

Как: ))» соычном ",HI сляс)нсм транзисторе, инжекция нессновных (по отношению к базе) носителей обеспечивает усиление мощности элРктрических сигналов

Толщина эмиттеря ) не превышает длины остывания фотоносителей - рас стояния, ня котором фотоносители т»ряют приобретенную ст света энергию, т,е„ с "- 1 „., где д — толщина з:т,"гера 1; „,, - длина остывания яо).ителей, 8 сильнолегированных по" )»,) П»;) ОВ Оп";!!" )f »)).» UI», ).-,,Р,ч;», ") ))»)))»|а СОСТЯВ

: яет ст нескольно сот ангстрем до микрона.

Поскольку эмиттер 1 легирован ос" новнсй примесью по отношению к базе 2 и коллектору 3 значительно сильнее, ;с излучение может подаваться через коллектор 3 и базу 2,, так как поглощение свободными Носителями в них будет меньше, чем в эмиттере

Основная примесь введена в количестве, отвечающем максимальному пог" лощению излучения на свободных основ" ных носителях. т.е. глубина поглощения при выбираемом уровне легирования .) равна толщине эмиттера, т,е. К = d, где К - коэффициент поглощения регистрируемого излучения ня свободных основных носителях в эмиттере.

Пример. Фототранзистор р-п-p-типР освещался со стороны эмиттера.

Измерения проводились,,как при

300 и 77 К. В качестве источника из.лучения использован СО -лазер с длиной волны 10,6 мкм, Модуляция излучения осуществлялась электрооптичес-, ким модулятором. Фотоответ резко возрс Галz когда выГОтя потенциального барьера эмиттерного р-п-перехода, регулируемая прямым смещением, стано. вилась соизмеримой с энергией кванта регистрируемрго излучения. Условие эакорачивания внешней цепи эмиттербаэя ьа частоте модуляции сигнала достигалось включением большой емкости шяитировавшей выходноР сопро тивление истОчника няпряжРния» Воль

1407353 товая чувствительность достигала

0,4 В/Вт. Концентрация основной примеси в эмиттере 10 см, I

Составитель И. Бурлаков

Редактор Т. Рыбалова Техред M.Äèäûê Корректо А. Тяско

Заказ 2828 Тирах Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

tt3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Данный способ регистрации излучения фототранэистором позволяет детектировать излучение с энергией кванта значительно меньше ширины запрещенной эоны полупроводника; соответству- 10 ющее средней и дальней ИК-области, пользуясь транзисторами иэ германия, кремния и других широкозонных полупроводников. Включение мелку эмиттером и базой источника напрязения, сопротивление которого на частоте модуляции сигнала много меньше входного сопротивления транзистора,исключает отрицательную обратную связь в транзисторе, что позволяет увеличить прямое смещение эмиттерного перехода и тем самым расширить диапазон длин волн регистрируемого излучения а

Формула изобретения

Фототранэистор, содераащий эмиттар, . базу и коллектор, соединенныа по схеме с общей базой, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона спектральной чувствительности в инфракрасную область, эмиттер выполнен иэ полупроводникового материала с концентрацией основных носителей, при которой коэффициент поглоще-. ния регистрируемого излучения на ннх удовлетворяет условию

K s a 1, где 4, - толщина эмиттера;

К, - коэффициент поглощения регистрируемого излучения на свободных основных носителях в эмиттере;

1„, — длина остывания фотовозбуаденных основных носителей переход эмиттер-база эакорочеи по переменному току на частоте модуляции егистрируемого излучения.