Чувствительный элемент детектора инфракрасного излучения

Чувствительный элемент детектора инфракрасного излучения

Реферат

Изобретение относится к полупроводниковым материалам, нашедшим широкое применение в фотоприемниках, которые используются в оптоэлектронике, микроэлектронике и радиоэлектронике.

В приборах, работающих в инфракрасном диапазоне электромагнитного излучения, как правило, используют первичные измерительные преобразователи, чувствительный элемент которых выполнен на основе так называемых узкозонных полупроводников. Принцип действия подобных преобразователей основан на соответствии энергии облучающей волны энергии активации полупроводника. Подобные полупроводники создают на базе различных твердых растворов. К ним можно отнести твердые растворы КРТ и СОТ (кадмий-ртуть-теллур и свинец-олово-теллур).

Проведенные исследования позволяют утверждать, что не только в традиционных соединениях возможно детектирование инфракрасного излучения. Для этих целей можно применять материал, ранее не использовавшийся в этой области. Результаты проведенных исследований дали возможность создания детектора инфракрасного излучения на базе твердого раствора Cd_1-xSn_xS.

В качестве аналога был выбран твердый раствор, описанный в авторском свидетельстве "Фоторезистор на основе твердого раствора GaSe_xTe_1-x, где x=(0,05÷0,35), (0,7÷0,95)" SU, 824837 А, 1976 г.

Недостатком рассматриваемого решения является узкий диапазон принимаемого излучения и непригодность работы чувствительного элемента в дальней инфракрасной области.

В качестве прототипа выбран твердый раствор Hg_(1-x)Cd_xTe, являющийся классическим для использования при детектировании электромагнитного излучения инфракрасного спектра. Его свойства описаны во многих работах, например Физические основы полупроводниковой инфракрасной фотоэлектроники. Современные тенденции, новые материалы / А.В.Любченко, Е.А.Сальков, Ф.Ф.Сизов. - Киев: Наукова думка, 1984 - 256 с. Чувствительные элементы на основе данного твердого раствора обладают высокой чувствительностью к инфракрасному излучению.

Недостатком чувствительных элементов, изготовленных из известного материала, является то, что они имеют область спектральной чувствительности до 10 мкм, что не дает возможности применения этих устройств в дальней инфракрасной области. Также технология производства данного материала связана с использованием в высшей степени ядовитых и взрывоопасных веществ.

Технической задачей предлагаемой разработки является расширение диапазона принимаемого излучения и упрощение технологии производства чувствительного элемента.

Данная техническая задача заключается в изучении свойств и разработке технологии производства чувствительного элемента на базе твердого раствора Cd_1-xSn_xS при x=0,1÷0,66. Такие детекторы имеют широкую область спектральной чувствительности (8÷12,5) мкм и фоточувствительность, не уступающую традиционным твердым растворам. Чувствительный элемент получали сплавлением сульфидов кадмия и олова в стехиометричном соотношении в вакууммированных кварцевых ампулах до 10^-4 мм рт.ст. при 700°С в течение 3 часов. Синтезированный твердый раствор испаряли в вакууме взрывным методом на керамическую подложку при температуре испарителя 1000°С.

Экспериментально установлено, что стабильными механическими и электрическими свойствами обладает слой толщиной в интервале от 0,3 до 0,7 мкм. С целью получения максимальной чувствительности и величины кратности фототока R_T/R_C (сопротивление затемненного и освещенного образцов соответственно) была выбрана толщина чувствительного элемента 0,3 мкм, так как в данном случае удельное электросопротивление слоя наибольшее.

Анализ экспериментальных данных позволяет утверждать, что на базе твердого раствора Cd_1-xSn_xS можно создавать чувствительные элементы для приборов, работающих в инфракрасном спектре в диапазоне длин волн 8-13 мкм.

Основные характеристики чувствительного элемента на базе Cd_0,4Sn_0,6S, предназначенного для регистрации волн с длиной 12-13 мкм, приведены в таблице.

Чувствительный элемент детектора инфракрасного излучения в виде тонкой пленки твердого раствора, полученной вакуумным испарением, отличающийся тем, что в качестве материала твердого раствора использован Cd_1-xSn_xS при х=0,1÷0,66, а пленка использована толщиной от 0,3 до 0,7 мкм.