Полупроводниковый фотоприемник

Полупроводниковый фотоприемник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 5 8вгз

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Ссиюэ Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свил-ну (22) Заявлено 17,09 74 (21) 2060998/25 с присоединением заявки Ме (23) Приоритет(51) M. Кл

Н 01 1 31/10

Государственный комитет

Совета Министров СССР

AD делам изооретений и открытий (43) ОпУбликовано25.07.77 Бюллетень М.27 (53) УДК621.382. (088.8) (45) Ll,àòà опубликования описания 31.08.77 (72) Авторы изобретения

В. И. Казюлин и О. Р. Мочалкина

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерно-физический институт (7!) Заявитель (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОПРИЕМНИК

15

25

Изобретение относится к области оптоэлектроники, в частности к устройствам оптической обработки информации и может быть быть использовано при построении твердотельных фотоэлектрических преобразователей, 5 работающих в режиме накопления заряда (в режиме интегрирования светового потока).

Известны фотоприемники, реализующие режим интегрирования светового потока, в которых световая энергия накапливается в виде энергии зарядов, стекающих с емкости накопителя, а полезный сигнал определяется током дозаряда этой емкости при повторной подаче опрашиваю щего импульса. К полупроводниковым приборам такого типа относятся два включенных один навстречу другому диода, биполярные и МДП-фототранзисторы (1$

Фотоприемник, реализующий режим интегрирования светового потока, имеет конструкиию, которая выбрана за прототип и выполнена на исходной пластине vt -типа с р -областью, в которой образован диод-ключ, соединенный через контакт с ге. нератором прямоугольных импульсов (21

Однако в таком приборе имеет место значительный по величине (порядка нескольких десятых долей вольта) сигнал помехи, связанный с прохождением опрашивающего импульса на выход затемненного прибора через емкость накопителя и емкость ключа. Наличие этого сигнала приводит к снижению пороговой фоточувствительности, отношения полезного сигнала к сигналу помехи по сравнению с фотоприемниками, работающими в режиме мгновенной фотопроводимости. Разделение этих сигналов представляет значительные трудности, так а как они имеют одну и ту же частоту следования. Возможное увеличение полезного сигнала при подаче на емкость накопителя большего напряжения не приводит к увеличению этого отношения, так как одновременно с полезным сигналом увеличивается сигнал помехи.

Цель изобретения — улучшение пороговой фоточувствительности и одновременно увеличение отношения полезного сигнала к сиг528823

55 налу помехи для фотоприемника, а также

Обеспечени» возможности регулирования этих HGpnметрэв.

В предлагаемом полупроводниковом фотэприемникз этэ достигается ем,, чтэ в

1 -области создается два контакта, один из которых окружен р -диффузионной об» ластью, причем ширина области и -типа, находящейся между 1„ вЂ,областями, не боль-, ше двойной обедненной области p — ri - 10 перехода, Образованного — областью и диффузиончой Областью .р - типа.

На фиг, 1 показана структура предлагаемого прибора; на фиг. 2 — зпюры опрашиваюших импульсов (a) и выходного напряжения в случае освещенного (б) и в случае =-атемненного (в) прибора.

Прибор состоит из .р -диффузионной области 1„ в которой образован канал

2 1-1 - типа. Для создания к каналу омичес

+ ких контактов,фоомируется, и -слой 3 с металлическими контактами 4. В р -диффу зионной области формируетсяр- ц-переход

5, сушественно меньшей площади и выполняюший роль ключа. Этот переход через металлический контакт соединен с генератором прямоугольных импульсов 6. Канал

2 одним концом подсоединен к нулевой шине,. а другим через сопротивление нагрузи 7 к источнику питания 8.

ПрибО„-0 рабэтас Г следу1ошиы ОбразОм.

4е диод 5 подается и -ульс отрицательной полярности, смешающий егс в прямом

ы.вправлении. При этом р — rr - переход,,ебрсазэванный 1 р -Диффузионной об35 ластью 3. и 1-1 -каналом 2, смешается в

Обратном направлении. Это приводит к рас1 цц.рени.с обедченчэй области 9 этого р — v. -пеоехода, что вызывает модуляцию сечения канала и изменение его сопротивления. Если амплитуда импульса достаточная для полного смыкания обедненных об-, I ластей„4о сопротивление канала резко возрастает и ток, протекаюший через канал, падает практически до нуля. После окончания действия импульса, (что эквивалентно подаче нулевого потенциала на rt -область .

3), оба р — rI -перехода оказываются смещенными B обратном направлении, так что сужение обедненной области может про- исходить только за счет разряда емкости р- 11 -перехода обратным током. По мере сужения Обедненной области проводимость канала увеличивается, так чтэ к моменту пддачи следуццягэ иулхульса через прибор протекает тэк отличный эт нуля. Если прибор затемнен, то изменен11е сэпрэтивле11иы канала происходит Б течение довольно длит IbHof О времени (11эрядка нескольких миж1исякунд) . В зтэм случая, если пОВ60 торная подача импульса произойдет через время, существенно меньшее времени зтэгэ изменения, сопротивление канала не успевает сушественно измениться и сигнал н.-". выходе будет,по-прежнему близок к нулю.

Если прибор осветить, то носители, генерируемые светом в объеме полупроводника, достигая р — n — перехода, образуют фототок, который наряду с обратным током, вызывает, дополнительное сужение обедненной области р — g — перехода. Это приводит к тому, что за время меж-, ду опрашиваюшими импульсами сопротивление канала значительно падает и при пов торном опросе на выходе приемника появляется большой по амплитуде сигнал. Так как изменение сечения канала зависит не только от величины фэтотока, но и от времени, в течение которого это сужение продолжается, амплитуда выходного сигнала, определяемая сопротивлением канала в момент опроса прибора, пропорциональна, как освешенности прибора, так и времени, в течение которого прибор освешается.

В зависимости от величины опрашивающего импульса возможны три случая работы прибора. Когда амплитуда опрашиваюшего импульса такова, что обратный ток пере.хода за время между опрашиваюшими импуль1 сами приводит к размыканию обедненных

J ,областей р-11-перехода. Для этого случая характерным является то, что на выходе затемненногэ1 прибора сушествует сигнал помехи, который может достигать значительной величины. В этом случае .сколь угодно малое приращение освещенности прибора приводит к увеличению выходного сигнала, т.е. большой пороговой чувствительности прибора,.

По мере увеличения напряжения опрашиваюшего импульса размыкан =.- обедненных областей за счет обратного тока перехода становится менее сушественным и при oIIределенном напряжении за время между

1 опрашиваюшими импульсами канал . Оказывается на границе размыкания. При этом амплитуда сигнала помехи определяется сопротивлением канала при полностью сомкнутых обедненных областях и имеет минимальную величину при пороговой чувствительности тэй же величины, чтэ и в нервом случае.

Дальнейшее увеличение амплитуды опрашиваю1цего импульса приводит к тому, что на емкости р — 1.1 — перехода накапливается такэй заряд, уменьшение KQTQpo гэ за счет разряда эмкэс:ти обратным током не приводит к наведе и1ю ка1сс1ла. В этом с1учае 1элькэ наличие некс>тэрэгэ фэтэтэl ка привсдят к размыкапию Обядн".ní11õ 06 2 &823

6 ластей. Величина освещенности, соответствующая этому фототоку, определяет минимальную освещенность, на которую будет реагировать фотоприемник. При этом отношение максимального полезного сигнала к сигналу помехи будет наибольшим и для кремниевых приборов может составлять величину 10- 10. б

Таким образом, полупроводниковый фота приемник позволяет реализовать режим ин- 10 тегрирования светового потока, увеличив при этом .на 2-3 порядка отношение полезного сигнала к сигналу помехи и улучшив его пороговую чувствительность по сравнению с существующими в настоящее время полупроводниковыми фотоприемниками с накоплением заряда. Кроме того, он позволяет плавно и в больших пределах изменять эти фотоэлектрические параметры

:приемника путем изменения амплитуды опрашивающих импульсов.

Прибор может быть изготовлен по стандартной планарной технологии производства интегральных схем.

Формула изобретения

Полупроводниковый фотоприемник с накоплением заряда, выполненный на исходной пластине и -типа с р -областью, в которой образован диод-ключ, соединенный через контакт с генератором прямоугольных импульсов, отличающийся тем, :что, с целью улучшения пороговой чувствительности и одновременно увеличения от1 ношения полезного сигнала к сигналу помехи, а также обеспечения воэмбжности регулирования этих параметров, л -область выполнена с двумя контактами, один из которых окружен р -диффузионной областью, причем ширина области и -типа, находящейся между р -областями, не больше двойной обедненной области р — дперехода, образованного и -областью и диффузионной областью g -типа.

Источники информации, принятые во внимание при, экспертизе:

1. EEectvorl с&, 40,)ticky 1, р. 75, 1967.

2.Х.gpfjd-gkcxke c vcu < Ы gC-2,¹ 3, р. 65, 1967.

528823

Составитель Ю. Мукортов

Редактор И. Шубина Техред М. Левинкая Корректор С, Патрушева

Заказ 2581/46 Тираж 976 Подписное

UHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4