DE1589626A1 - Halbleiterdetektor fuer Infrarotstrahlung - Google Patents

Halbleiterdetektor fuer Infrarotstrahlung

Info

Publication number
DE1589626A1
DE1589626A1 DE1967C0043042 DEC0043042A DE1589626A1 DE 1589626 A1 DE1589626 A1 DE 1589626A1 DE 1967C0043042 DE1967C0043042 DE 1967C0043042 DE C0043042 A DEC0043042 A DE C0043042A DE 1589626 A1 DE1589626 A1 DE 1589626A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
generator
semiconductor
capacitor
detector
infrared radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE1967C0043042
Other languages
English (en)
Other versions
DE1589626B2 (de
Inventor
Christian Jund
Raymond Poirier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA filed Critical CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Publication of DE1589626A1 publication Critical patent/DE1589626A1/de
Publication of DE1589626B2 publication Critical patent/DE1589626B2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/112Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor
    • H01L31/113Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor being of the conductor-insulator-semiconductor type, e.g. metal-insulator-semiconductor field-effect transistor
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/28Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using photoemissive or photovoltaic cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/28Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using photoemissive or photovoltaic cells
    • G01J5/30Electrical features thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Description

Dipl.-lng. Egon Prinz
Dr. Gertrud Hauler ·οοβ Mi.efc.. ·ο. 3.August 1967
Dipl.-lng. GoHfried Leiser Ernib '""'" Patentanwälu 1589626 Telegramms: Labyrinth München
Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto: München 117078
Unser Zeichen: C 2^25
CSF-COMP/GNIE GENEHALE DE TELEGIiAPHIE SANS FIL k/, rue Dumoiit d'Urville, Paris 1o / Frankreich
Halbleiterdetektor für In t'raro ts t rahlung
Die Erfindung bezieht sich auf llalblei terdetektoren für Infrarots trahlung.
Ks ist bekannt, daß die Anzahl von Trägern in einem Halbleiter unter der Einu'irkun, des Lichts, d.h. eines Photonen-.tlii'ises verändert werden kann, iieiin die Energie tier Photonen »;eringer ist als die Hohe des verbotenen Bandes ergibt sich keine Wechselwirkung mit dem Halbleiter, welcher für die Strahluri ■; durchlässig ist. iv'enn andererseits die Energie der Photonen ji'iißfir ist als die Höhe des verbotenen Bandes, so erzen.·.t; jedes Photon ein Elelaroneii-Lochpaar, Die Anzahl der Trä/ver vermehrt sich, was zu einem Anwachsen der Leitfähigkeit rührt.. Dies ist die Erscheinung der "Pho tole L tf ähi^kiii t " ,
welche
009820/0738 BAD original
uelche allgemein die Grundlage für Anlagen zum Strahlungsnachweis ist.
Die auf der Erscheinung der Photoleitfähigkeit beruhenden Detektoren werden allgemein von einem Halbleiter gebildet, welcher mit zwei Kontakten versehen ist, an welche eine kontinuierliche Spannung angelegt wird. Der durch die freien Ladungsträger im Kristall fies Halbleiterkürpers erzeugte Strom wird an diesen Kontakten gesammelt, Die Amplitude dieses Stromes ist eine Funktion der Anzahl von Photonen, welche von dem Halbleiter absorbiert werden.
Wenn einer dieser Kontakte durch Zwischenschaltung eines Isoliormictels zwischen diesem Kontakt und dem Halbleiter gebildet wird, tritt die Erscheinung einer elektrischen Leitung zwischen diesen beiden Kontakten nicht auf, da einer dieser Kontakte vollständig isoliert ist. Die an die zwei Kontakte angelegte kontinuierliche Spannung ruft eine Raumladung im Halbleiter hervor und ab einem bestimmten Wert der an die Kontakte gelegten kontinuierlichen Spannung vergrößert sich die Raumladung nicht mehr. Es bildet sich an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiter und dem Isoliermittel eine Inversionsschicht aus, welche aus Minoritätsträgern gebildet ist, wobei die für die Ausbildung der genannten Inversionsschicht erforderliche Zeit eine Funktion des Photonenflusses ist, welchem der Halbleiter ausgesetzt ist.
Aufgabe
BAD OBlGiNAL
009820/0738
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiterdetektors für Infrarots trahlung zur Messung eier Intensität diesei' Strahlun,, gemäß der Beziehung, weiche zwischen der für die Ausbildung der von den Minoritätsträgern gebildeten Inversionsschicht erforderlichen Zeit und der Intensität dieser Strahlen bestellt.
Der erfiiidun sgeniäüe Halblei terdetcl. tor l'üi Infrarotstrahlung ist gekennzeichnet, durch einen den PhotoiienfluO empfangenden Halbleiterkörper, eine auf einer Oberfläche des Halbleiters angeordnete Isolierschicht, einen Ohnisclien kontakt auf einer Oberfläche des Halblei tors, einen kontakt auf der Isolierschicht, welche auf der anderen Oberfläche des Halbleiters angeordnet i.«=t, Kinri chtiin, en ^ur Ausbildung einer von Miimri tätsträgern gebildeten Inversionsschicht im Halbleiter sowie durch Einrichtungen zum Messen der zur Ausbildung der Inversionsschicht erforderlichen Zeit, wobei diese Zeit eine Funktion der Intensität des einfallenden Photonenflusses ist.
Anhand der Figuren wird die Erfindun beispielsweise näher erläutert. Es ^eigt
Figur 1 einen Detektor für Infrarott-trahlung,
Figur 2 eine .graphische Darstellung, welche zur Erläuterung; der Arbeitsweise des Detektors dient,
009820/0738 BAD 0R!GINAL
Figur 3 die Schaltskizze eines Mei3geräts für Infrarotstrahlung und
Figur k eine schematische Darstellung, welche zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Figur 3 gezeigten Meßgeräts dient.
Figur 1 zeigt einen Halbleiterdetektor für Infrarotstrahlung
gemäß der Erfindung.
Der Detektor besteht aus einem Halbleitermaterial 2, auf welchem eine Isolierschicht '_} angeordnet ist. Ein Ohmscher Kontakt 1 und ein anderer Kontakt ^1 welche beispielsweise durch Aufdampfen eines Metalls unter Vakuum erhalten wurden, sind auf der Oberfläche 20 des Halbleiters 2 bzw. auf der Oberfläche der Isolierschicht 3 angeordnet, welche mit dem Halbleiter 2 nicht in Berührung steht. Der Kontakt 1 nimmt nur einen Teil der Oberfläche 20 des Halbleiters 2 ein und bildet ein Fenster, wodurch die einfallende Strahlung 5 auf den Halbleiter gelangen kann .
Beispielsweise besteht der Detektor für Infrarotstrahlung aus monokristallinem Tellur 2 mit einer Dicke von etwa 80 Mikron, auf welches eine Schicht aus Telluroxyd 3 mit einer Dicke von etwa 3500 Angström aufgebracht ist. Die Kontakte 1 und k mit einer Dicke von 1500 An;;ström sind durch Aufdampfen von Gold erhalten.
Die
009820/0738
Die Betriebstemperatur dieses Detektors liegt bei 77 K und die maximale Empfindlichkeit wird bei einer Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa k Mikron erzielt.
In Figur 2 sind Kurven dargestellt, welche die Eigenschaften des in Figur 1 dargestellten Detektors zeigen. Die Impedanz, welche man zwischen den Kontakten 1 und k messen kann, ist unter bestimmten Bedingungen eine veränderliche Kapazität und stellt eine Funktion des einfallenden Photonenflusses und der angelegten Spannung dar.
denn man im Zeitpunkt t eine durch die Kurve 18 in Figur 2 dargestellte stufenförmige Spannung anlegt, so stellt man fest, da/3 die Kapazität im Zeitpunkt t plötzlich abnimmt und einen rfert C.<! C. annimmt. Nach einer Zeitspanne T= t1 - t steigt die Kapazität auf ihren Grenzwert C1, wobei die Kurve 17 in Figur 2 diese Veränderung angibt.
Diese Zeit entspricht dem Auftreten einer Inversionsschicht, welche durch Minoritätsträger an der isolierenden Grenzschicht des Halbleiters gebildet wird. Ihre Dauer ist an die krschoinung der Erzeugung der Raumladung gebunden, sie ist daher empfindlich für die Bestrahlung mit Photonen, welche auf den Halbleiter auftreffen.
Gemäß der Erfindung ermöglicht die Messung dieser Zeitspanne den Nachweis des Vorhandenseins eines Photonenflusses.
Diese
009820/0738 ojw»·*·*1 IMi?DCCTED
Diese Zeitspanne X läßt sich ausdrücken durch«
O) T=
wobei N die Konzentration an Verunreinigungen des HaIb-
leiterkörpers in Ladungen je cm , U der thermische Erzeugungsfaktor (Anzahl der in der Sekunde erzeugten Elektronen-Löcherpaare) und g der auf dem Photonenfluß beruhende Erzeugungsfaktor ist, welcher bei Abwesenheit von Photonen gleich 0 und bei Vorhandensein einer Bestrahlung größer als 0 ist.
Man kann die Empfindlichkeit des auf der Messung von f beruhenden erfindungsgemäßen Detektors mit derjenigen eines bekannten Detektors vergleichen, welcher auf den Veränderungen der Leitfähigkeit als Funktion des Photonenflusses be ruht. Zu diesem Zweck wird das folgende Verhältnis der rela tiven Änderung der Zeitkonstante des erfindungsgemäßen Detektors zur relativen Änderung der Leitfähigkait < eines bekannten Detektors gebildet:
Δ ET
wobei
009820/0738
wobe j ii. iiie innore Konzentration des Halbleiters und
L ·
ff die Lebunsdauer der Minoritätsträger im Halbleitermaterial darsteilt.
Die Untersuchung der Gleichung (2) zei^t, daß bei schwachen Belichtung .en der Ausdruck (fC wesentlich kleiner ist als der Ausdruck n. und vernachlässigt werden kann.
Unter diesen Bedingungen sieht man, daß die Emjfindlichkeit dos erfinduiv".Sf;eniäQen Detektors· -mal so groß ist als
i
diejenige eines auf der Veränderung, der Leitfähigkeit als
Funktion des Photonenflusses beruhenden Detektors.
Figur 3 zeigt c»ine AusfUhrungsform der Heftvorrichtung für die Zeitkonstante bzw. Zeitspanne T als Schaltskizze. Der Strahlungsdetektor 22, welcher den Photonenfluß 5 empfängt, ist durch seine Kontakte 1 bzw. k mit einem Hochfrequenzgenerator 7 bzw. einem Kondensator 0 verbunden, dessen Kapazität wesentlich größer ist als diejenige des Strahlungsdetektors 22:
Der Kondensator ο ist zwischen den Kontakt k und die Masse parallel mit einem Generator 8 geschaltet, welcher eine Spannung in Form einer Stufe in regelmäßig beabstandeten Zeitintervallen abgibt.
Der
009820/0738
Der Hochfrequenzgenerator 7 ist zwischen den Kontakt 1 und die Masse 11 geschaltet.
Der dem Kondensator 6 und dem Strahlungsdetektor gemeinsame Punkt 12 ist mit dem Eingang eines Verstärkers 9 verbunden, dessen Ausgang mit einem Meßgerät 10, beispielsweise einem Oszilloskop, verbunden ist.
Diese Vorrichtuni', arbeitet in der folgenden Weise:
Die Kurve 13 i" Figur h zoift die Spannungsstufe V1r, welche vom Generator 8 geliefert wird. D^e Kurve 1 ^- in Figur h zeigt die.Hochfrequenzspannung V1-, welche am Punkt 12 herrscht und auf dem Oszilloskop beobachtet wird. Diese Spannung wird vom Hochfrequenzgenerator 7 erzeugt. Wenn die vom Generator gelieferte Spannung 0 ist, was für die Zeit t<t gilt, so ist die Amplitude V1 gleich A.. Im Zeitpunkt t wird die Stufe V1_ auf den Strahlungsdetektor gegeben und die Spannung V1 fällt auf eine schwache Amplitude A_ ab. Diese Spannung wächst sodann bis zur Spannung A„, welche der Grenzkapazität C- zum Zeitpunkt t.. entspricht. Die Messung der Zeitspanne t1 - t s=X ergibt die Zeitkonstante, deren Wert proportional zum Photonenfluß ist.
009820/0739

Claims (2)

Paten tansprüche
1.\ Infrarot-Strahlungsdetektor mit einer Halbleiterschicht, welche an einer Isolierschicht gebunden ist, sowie einem Ohmsehen Kontakt auf jeder der freien Oberflächen der zwei Schichten, wobei die freie Oberfläche der Halbleiterschicht einem zu messenden Photonenfluß ausgesetzt ist, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Anlegen einer kontinuierlichen Spannung zwischen den beiden Kontakten, welche eine aus Minoritätsträgern bestehende Inversionsschicht im Halbleiter erzeugt, und durch Einrichtungen zum Messen der zur Ausbildun, dieser Schicht erforderlichen Zeit, wobei diese Zeit eine Funktion der Intensität des einfallenden Photonenflusses ist.
2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Spannimg durch einen ersten Generator erf.;bar ist, welcher Spannungsstufen liefert.
Ii. Detektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Ze:i tiueßeinrichtungen einen zweiten, hochfrequenten Generator und einen Kondensator aufweisen, wobei der zweite
Genera tor
ORIGINAL INSPECTED 009820/0738
Generator und der Kondensator in Reihe geschaltet sind, die von dem zweiten Generator und dem Kondenstor gebildete Anordnung an die Klemmen der auf der Isolierschicht bzw. dem Halbleiter aiigeordne ten Kontakte angeschlossen
ist, der erste Generator parallel zum Kondensator geschaltet ist, ein mit einem Oszilloskop verbundener Verstärker vorgesehen ist und dai) der Eingang dieses Verstärkers mit einem den»Kondensator und dem orsten Generator gemeinsamen Punkt verbunden ist.
009820/0738
DE1967C0043042 1966-08-05 1967-08-04 Anordnung zur messung der intensitaet einer infrarotstrahlung Granted DE1589626B2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR72189A FR1500182A (fr) 1966-08-05 1966-08-05 Détecteurs infrarouges à semi-conducteurs

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE1589626A1 true DE1589626A1 (de) 1970-05-14
DE1589626B2 DE1589626B2 (de) 1976-11-04

Family

ID=8614926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1967C0043042 Granted DE1589626B2 (de) 1966-08-05 1967-08-04 Anordnung zur messung der intensitaet einer infrarotstrahlung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US3493752A (de)
DE (1) DE1589626B2 (de)
FR (1) FR1500182A (de)
GB (1) GB1193445A (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2361635A1 (de) * 1973-12-11 1975-06-12 Eichinger Peter Halbleiter-gammastrahlungsdetektor
US4168432A (en) * 1978-01-16 1979-09-18 Rca Corporation Method of testing radiation hardness of a semiconductor device
US4514624A (en) * 1981-08-19 1985-04-30 The Secretary Of State For Industry In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Photon drag detectors
US4535232A (en) * 1981-12-07 1985-08-13 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Method of biasing a photoconductive detector and detector apparatus therefor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2706792A (en) * 1951-05-25 1955-04-19 Gen Electric X-ray detection
US2669635A (en) * 1952-11-13 1954-02-16 Bell Telephone Labor Inc Semiconductive photoelectric transducer
US3005107A (en) * 1959-06-04 1961-10-17 Hoffman Electronics Corp Photoconductive devices
US3202926A (en) * 1961-06-16 1965-08-24 Texas Instruments Inc Gain control signal generator

Also Published As

Publication number Publication date
DE1589626B2 (de) 1976-11-04
US3493752A (en) 1970-02-03
FR1500182A (fr) 1967-11-03
GB1193445A (en) 1970-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2553378C2 (de) Wärmestrahlungs-Abbildungsvorrichtung
DE2615757A1 (de) Verfahren und anwendung zum messen der oberflaechenzustaende in metall-isolator- halbleiterstrukturen
DE2008043A1 (de)
DE2125916A1 (de) Schaltkreis zur Erzeugung einer lichtabhängigen Spannung
DE2854945A1 (de) Fluessigkristall-lichtventil
DE19616545A1 (de) Schneller Strahlungsdetektor
DE3629402A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur schnellen fotodetektierung mit hilfe eines supergitters
DE3425377C2 (de) Pyroelektrischer Detektor
DE2310724C3 (de) Phototransistor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2017067A1 (de)
DE2949862A1 (de) Festkoerperstrahlungsdetektor und anordnungen derselben
DE2359184A1 (de) Messeinrichtung zur bestimmung der effektiven ladung in einem dielektrikum
DE3537677A1 (de) Photodetektor
DE3733114A1 (de) Strahlungsdetektor
DE1589626A1 (de) Halbleiterdetektor fuer Infrarotstrahlung
WO2021000998A1 (de) Vorrichtung zur berührungslosen spannungsmessung
DE1808406C3 (de) Strahlungsdetektor und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19754462B4 (de) Halbleitervorrichtungen
DE1136017B (de) Verfahren zur Messung der elektrischen Groessen eines Halbleiterkristalls
DE2606994A1 (de) Photodetektor und verfahren zu seiner herstellung
DE2703324A1 (de) Ionisationsstrahlungs-festkoerperdetektor
DE3408761C2 (de)
DE60002588T2 (de) Photometer
DE1589626C3 (de) Anordnung zur Messung der Intensität einer Infrarotstrahlung
DE2264000C3 (de) Abstimmbarer Photowandler

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
EGA New person/name/address of the applicant
EHJ Ceased/non-payment of the annual fee