JPH059945B2 - - Google Patents

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JPH059945B2
JPH059945B2 JP57050886A JP5088682A JPH059945B2 JP H059945 B2 JPH059945 B2 JP H059945B2 JP 57050886 A JP57050886 A JP 57050886A JP 5088682 A JP5088682 A JP 5088682A JP H059945 B2 JPH059945 B2 JP H059945B2
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JP
Japan
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bias contact
detector
output
contact
bias
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP57050886A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS57175224A (en
Inventor
Ashurii Teimoshii
Tomasu Eriotsuto Chaaruzu
Ansonii Howaito Maikeru
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.)
UK Secretary of State for Defence
Original Assignee
UK Secretary of State for Defence
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Filing date
Publication date
Application filed by UK Secretary of State for Defence filed Critical UK Secretary of State for Defence
Publication of JPS57175224A publication Critical patent/JPS57175224A/en
Publication of JPH059945B2 publication Critical patent/JPH059945B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14665Imagers using a photoconductor layer
    • H01L27/14669Infrared imagers
    • 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
    • H01L31/09Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は光導電検出器に関する。特に入力側バ
イアス接点と出力側バイアス接点とを有する光導
電体材料からなる装置に関する。そのような装置
は放射検出を容易にするために1個又は2個以上
の附加的な接点、例えば1個の電圧接点又は複数
個の電圧接点を含みうる。 現在、光導電検出器の多くは光導電半導体材料
として材料テルル化カドミウム水銀(CMT)を
使用し、金、インジウム又はアルミニウム金属か
らなる接点を有する。例えば、英国特許第
1488258号(米国特許第3995159号)を参照された
い。従来、光導電検出器は直線で囲まれた形状を
有する。即ち半導体材料が正方形又は矩形の形状
に設けられ、及び接点が半導体材料の両端部に設
けられており、接点は半導体材料の長手方向に対
して直行する平らな縁部境界に沿つて形成され
る。ある検出器、特に集積配列
(integratedarrays)中に組み込まれた検出器は、
金属ではないが多量にドープされた半導体材料か
らなる接点を備えうる。即ち接点は少量ドープさ
れた光導電性材料もしくは真性光導電性材料と、
多量にドープされた導電性材料の領域との間の境
界面に形成されてもよい。所謂“ライト−ヘビ
ー”(l−h)接点であつてもよい。 CMT材料、特に現在入手し得る高純度CMT材
料からなる光導電赤外検出器は過剰キヤリヤ(即
ちホトキヤリヤ)の寿命が長いという特性を有す
る。これは光の照射で発生したキヤリヤとしての
電子と正孔が再結合するまでの時間が長いためと
考えられる。代表的な寿命時間は1〜4μs(8〜
14μm帯感知性CMT材料)及び10〜20μs(3〜5μ
m感知性CMT材料)である。このことは検出器
が、接点の近傍におけるキヤリヤ蓄積作用の影響
を受け易いことを意味する。キヤリヤ蓄積作用が
存在しない場合には、装置は通常スイープアウト
状態、すなわち半導体材料からバイアス電圧によ
つてキヤリヤが除去された状態で作動される。こ
の場合は装置全体に亘る少数キヤリヤの移動時間
によつて過剰な少数キヤリヤの寿命時間が決定さ
れる。少数キヤリヤの寿命時間は前述のCMT材
料におけるキヤリヤの寿命時間よりも極めて短
い。したがつて、キヤリヤの蓄積により接点での
少数キヤリヤの再結合の遅延がおこり、少数キヤ
リヤの寿命時間が増大されていることがわかる。
[半導体中でのキヤリヤ蓄積現象はLowによつて
初めて示唆され(Proc.Phys.Soc.Lond B68、310
(1955))、その理論はGunnによつて展開された
(JnI.Electronics&Control 4、17(1958)]。 キヤリヤ蓄積は検出器特性に対して二つの影響
を与える。第一に、検出器上の1ワツトの輻射線
束に相当する電圧、もしくは三導線構造、例えば
特許第1488258号の場合には検出器幅の2乗の面
積当り1ワツトの輻射線束に対応する電圧として
規定される検出器感度を向上させる。これは検出
器中に過剰キヤリヤが存在する時間が増大される
ため即ち、スイープアウト時間が延長されるため
である。第二に、検出器の周波数応答が低下させ
られる。英国特許第1488258号に開示される検出
器については、この後者の影響は検出器によつて
生ぜしめられた分解能の低下として表現されてい
る。 本発明はキヤリヤの蓄積の結果として周波数応
答又は分解能が低下するという不利益を伴わずに
高い検出器感度を提供することを目的とする。 本発明によれば、前述の目的は、輻射線検出用
の光導電検出器であつて、細片状の細長い光導電
性検出部材と、検出部材に設けられ、検出部材に
沿つて長手方向に伸びているバイアス電流の経路
を規定すべく配置されている入力側バイアス接点
および出力側バイアス接点とを備え、周波数応答
および分解能の低下を防ぐべく、出力側バイアス
接点にバイアス電流が収束しバイアス電場が集中
するように構成されており、前述の電流の収束と
電場の集中は、検出部材より横方向の幅が小さい
出力側バイアス接点の形状と、出力側バイアス接
点の近傍でくびれている検出部材の横断面形状の
うちの少なくともひとつに基づくものである、輻
射線検出用の光導電検出器によつて達成される。 本発明の光導電検出器によれば、光導電性検出
部材より横方向の幅が小さい出力側バイアス接点
の形状と、出力側バイアス接点の近傍でくびれて
いる光導電性検出部材の横断面形状のうちの少な
くともひとつに基づいて、出力側バイアス接点に
バイアス電場が集中するので、出力側バイアス接
点の近傍のバイアス電場の強度が高くなり、キヤ
リアが加速されて、出力側バイアス接点近傍のキ
ヤリアの蓄積を著しく減少させるとともに、高め
られたバイアス電場領域中では、キヤリアが光導
電性検出部材の導電率を調整し、その結果、キヤ
リアの蓄積によつて周波数応答又は分解能が低下
するという不利益を伴わずに高い検出器感度を提
供し得る。 本発明の一つの形態によれば、検出器は明確な
長手方向の区域をもつ出力側バイアス接点によつ
て特徴づけられる。入力側バイアス接点に向つて
伸長する出力側バイアス接点は、出力側バイアス
接点の近傍に於いてバイアス電場を集中させるよ
うに形づくられる。 出力側バイアス接点は、バイアス電場を対称的
に集中させるように半導体材料の両端に相対する
位置に配置されるのが好ましい。この配置は出力
側バイアス接点に入射するホトキヤリヤが拡散す
る移動時間を最小にするために与えられる。 検出器がn−型材料からなる場合には、出力側
バイアス接点は負にバイアスをかけられる、又逆
に検出器p−型材料からなる場合には、出力側バ
イアス接点は正にバイアスをかけられる。 本発明のもう一つの形態によれば、検出器は出
力側バイアス接点領域によつて特徴づけられる。
この場合、出力側バイアス接点に向つてバイアス
電場を集中させるように出力側バイアス接点の近
傍に半導体材料を配置する。本発明のこの形態に
於いて、半導体材料に半導体材料の長さと交叉し
て伸長する1個又は2個以上の細孔があけられて
もよい。検出器のいずれか一方の側から他方の側
に伸長する一対の対向する細孔が半導体材料にあ
けられるのが好ましい。これらの細孔は出力バイ
アス接点と隣接しているのが好ましい。代案とし
て、出力バイアス接点に向つて電場を集中させる
ように出力バイアス接点の近傍に半導体材料が形
成されてもよい。 検出器は上述の双方の特徴を組み合わせてもよ
い。 以下本発明を添付図面に示す好ましい実施例を
用いて説明する。 第1図には、長さ約700μm、幅(w)62.5μmのn
型テルル化カドミウム水銀材料からなる光導電性
検出部材としての細片状フイラメント103から
成る光導電検出器101が示される。電子密度は
5×1014〜1×1015cm-3である。この材料はCd0.2
Hg0.8Teの組成を有し、8〜14μm帯スペクトル
の赤外放射線に感応する。80〓までの低温度にお
いて、この材料は、窒素温度即ちF−3低温シー
ルド中に組み込まれた場合には、1〜4μsのホト
キヤリヤ寿命時間を示すことが特徴となつてい
る。細片状フイラメント103はサフアイア絶縁
基材(図示せず)上に装着され、普通以上に大き
いCMT薄片をイオンビームミーリングすること
によつて切断されて成形される。細片状フイラメ
ント103の表面上にフイルムを形成すべき金属
をスパツタすることによつて細片状フイラメント
103の両端に入力側バイアス接点及び出力側バ
イアス接点としての金のメタル接点105及び1
07が形成される。これらのメタル接点105,
107は写真平板技術によつて輪郭がつけられ
る。細片状フイラメント103の一方の端に於い
て、この材料が二またに分けられて、電圧接点突
出部109を与える。電圧接点突出部109はそ
の上部表面上に金のメタル接点111をもつてい
る。この接点はスパツタリング、すなわち写真平
板蝕刻工程中に於いても形成された。電圧接点突
出部109と細片状フイラメント103の端部領
域との間にある二またに分れている溝すなわち細
孔113はイオンビームミーリングによつて形成
され、約12μmの幅である。メタル接点111
は、単に電気信号の検出用のものであり、バイア
ス電場の集中に寄与しない。細片状フイラメント
103の二またに分けられた端部に、メタル接点
107、即ち出力側バイアス接点が形成されて細
片状フイラメント103に於けるバイアス電場に
局部的な歪みをもたらす。このバイアス電場は、
バイアスが二つのメタル接点105と107とに
適用された場合に生ずる。図示されるように、メ
タル接点107は明確な長手方向の区域を有し、
このメタル接点107は細片状フイラメント10
3の二またに分けられた端部からメタル接点10
5の方向に付き出ている。メタル接点107は長
さ50μm、幅(d)15μmの金属指状突起の形状をし
ており、細片状フイラメント103の端部領域の
両端の間に中心が置かれる。このメタル接点10
7は平滑な外形をもち、とがつた縁を有しない。
このことはバイアス電場の整然とした歪みを保証
し、更に、いかなる場合にも鋭い縁のある金属の
形状は生じ難いので指状突起接点はなお一層バイ
アス電場の再現性がある。 この形状の検出器については、接点に於ける電
場Eは E(w/d)E0120V・cm-1 (但しE0は装置の大部分の電場であり、代表的
な作動条件下では略々30V・cm-1である)である
と推定される。この電場は約4倍に集中される。 この検出器に関する周波数応答は、メタル接点
107に関する再結合速度S(代表的には1000
cm・S-1〜500cm・S-1)から推定することができ
る。検出器に入射する輻射の線を考慮すると、こ
の輻射によつて生ずる出力パルスは時間T T0.7×10-7 sec(S=1000cm・S-1) 1.2×10-7 sec(S=500cm・S-1) の間に出力パルス値の1/eに衰えるであろう。
このことから、パルスが広がる唯一の根源がキヤ
リヤ蓄積にあると想定できる。(事実、本発明の
場合パルスの広がりはキヤリヤの熱拡散によつて
支配されているであろう。)検出器が掃引像シス
テム(scanned imaging system)(英国特許第
1488258号を参照されたい)に用いられた場合、
パルスの広がりは分解能を制限することに対応す
る。従つて、代表値130m/sの像掃引速度に対
しては、代表的な値即ち純理論的な分解能は S=1000cm・S-1に対して8μm 及び S=500cm・S-1に対して14μm として計算される。 分解能のこの限界は、熱拡散に関する代表的な
限界に較べると問題にならない。説明した装置で
の熱拡散に関する代表的な限界は約50μmであ
る。 検出器感度(R)はキヤリヤの蓄積作用によつて増
大されるキヤリヤ蓄積作用の寄与は RACCDηψsτE/SNt (但し、Tはキヤリヤの拡散係数であり、“E”
はメタル接点107に於ける電場であり、“N”
は平行電子密度であり、ψsはワツト/(信号放射
の幅)2(11μm波長)に対応する光子フラツクスで
ある)として推定される。寿命の代表的な値にτ
2μs、検出器厚みにt=8μm、量子効率にη=
1、再結合速度にS=1000cm・S-1、N=1×
1015cm-3、E=120V・cm−1をとると、 RACC(11μm)1.3×106Vw-1 この検出器感度は、従来の出力接点を用いて得
られるフアクターの〜6倍である。 検出器端部が第2図に示されるけれども、この
検出器201は光導電性部材としての光導電性細
片203の端に変形読み出し領域(read−out
region)をもつている。第1図の実施例に於ける
ように、光導電性細片203は出力バイアス接点
を備えている出力側バイアス接点としての細長い
接点指状突起207をもつている。然しながら、
電圧接点211はこの指状突起207に隣接して
設けられる。指状突起207の先端に最も近い領
域では、電圧接点211は“乱されない”等電位
面(即ち電圧接点を有しない検出器について計算
した等電位面)の輪郭と同じ形をもつている。従
つて、この場合、指状突起207の近傍のバイア
ス電場の形は比較的乱されていない。 第3図に示される検出器301は代案の構成を
もつものである。光導電性検出部材としての細片
303は出力バイアス接点307の近傍に配置さ
れている。光導電半導体材料の部分はイオンビー
ムミーリングによつて取り除かれて、二つの対向
する細孔315及び317を生ずる。このように
して、細片303の幅はすぼめられる。バイアス
がこの出力側バイアス接点307に適用される場
合、出力側バイアス接点307の直ぐ近傍では電
場が歪められる。すぼめる幅は10μmである。
細孔315と317とは類似の長さと幅をもつて
おり、バイアス電場を対称に歪める作用をする。
バイアス電場が適当に均一である場合に細片30
3の領域、例えば第3図に示される線X−X、か
ら出力側バイアス接点307に向つて移動するキ
ヤリヤは到達時間の広がりを伴つて出力側バイア
ス接点307に到達する。導入された対象性はこ
の広がりを最小にすることを確実にする。細孔3
15及び317は出力側バイアス接点307に隣
接する。然しながら、これらの細孔315,31
7は出力側バイアス接点307から移しうるけれ
ども、すぼみの幅“d”に較べて空間は小さくす
べきであり、そうしないと性能は悪くなる。 もう一つの代案が第4図に示されている。検出
器401は光導電性検出部材としての細片403
の端部の断面図である。出力側バイアス接点40
7に近づくにつれて、細片403幅は徐々に変化
する。キヤリヤ移動時間の広がるのを最小にする
ために、輪郭は対称になつている。 第5図には高速高感度分離配列検出器が示され
ている。この検出器501はCMT材料又は他の
n−型光導電性材料からできた光導電性検出部材
としての薄片503から成る。この薄片503の
端部に、共通の入力側バイアス接点としての金属
被覆物505が形成される。数個の出力側バイア
ス接点507(3個が示されている)が薄片50
3の他端に設けられている。出力側バイアス接点
507のそれぞれは、隣りとの中心から中心のピ
ツチ約50μmで約10μm幅(d)の金属指状突起とし
て形成される。この距離はCMT(8〜14μmの材
料)中でのキヤリヤの拡散の広がりを限定するキ
ヤリヤの寿命時間の約2倍に匹敵する。このよう
にして、検出器501はそれぞれ約50μm幅(w)の
区画に効果的に分割される。然しながら、所望で
あれば出力側バイアス接点507間に細孔513
を導入することによつてこれらの区画を輪郭づけ
してもよい。 この検出器501について、蓄積による感度は RACC4D/πCSR0 [但し、R0は従来の検出器のスイープアウト極
限感度 R0(2・E〓μpNt-1 (但し、E〓は光子エネルギであり、μpはホール易
動度である)である]と推定される。 下記表1にこれらの値を示す:
The present invention relates to photoconductive detectors. More particularly, the present invention relates to a device made of photoconductor material having an input bias contact and an output bias contact. Such devices may include one or more additional contacts, such as a voltage contact or multiple voltage contacts, to facilitate radiation detection. Currently, most photoconductive detectors use the material cadmium mercury telluride (CMT) as the photoconductive semiconductor material and have contacts made of gold, indium or aluminum metal. For example, UK patent no.
See US Pat. No. 1,488,258 (US Pat. No. 3,995,159). Conventionally, photoconductive detectors have a rectilinear shape. That is, the semiconductor material is provided in a square or rectangular shape, and contacts are provided at both ends of the semiconductor material, the contacts being formed along a flat edge boundary perpendicular to the longitudinal direction of the semiconductor material. . Some detectors, especially those incorporated into integrated arrays,
Contacts may be provided which are not metallic but are made of heavily doped semiconductor material. That is, the contact is made of a lightly doped photoconductive material or an intrinsic photoconductive material;
It may be formed at the interface between regions of heavily doped conductive material. It may also be a so-called "light-heavy" (l-h) contact. Photoconductive infrared detectors made of CMT materials, particularly currently available high-purity CMT materials, are characterized by long excess carrier (ie, photocarrier) lifetimes. This is thought to be because it takes a long time for the carrier electrons and holes generated by light irradiation to recombine. Typical life time is 1~4μs (8~
14μm band sensitive CMT material) and 10~20μs (3~5μ
m-sensitive CMT material). This means that the detector is susceptible to carrier accumulation effects in the vicinity of the contacts. In the absence of carrier accumulation, the device is normally operated in a sweep-out condition, ie, with carrier removed from the semiconductor material by a bias voltage. In this case, the transit time of the minority carriers throughout the system determines the lifetime of the excess minority carriers. The lifetime of the minority carrier is much shorter than that of the carrier in the CMT material mentioned above. Therefore, it can be seen that the accumulation of carriers causes a delay in the recombination of the minority carriers at the contact point, increasing the life time of the minority carriers.
[The carrier accumulation phenomenon in semiconductors was first suggested by Low (Proc.Phys.Soc.Lond B68, 310
(1955)), the theory of which was developed by Gunn (JnI. Electronics & Control 4, 17 (1958)). Carrier accumulation has two effects on detector characteristics. First, the The detector sensitivity is defined as the voltage corresponding to 1 watt of radiation flux, or the voltage corresponding to 1 watt of radiation flux per area of the square of the detector width in the case of a three-conductor structure, for example, patent No. 1488258. This is because the time that excess carrier is present in the detector is increased, i.e. the sweep-out time is extended.Secondly, the frequency response of the detector is reduced. For the detector disclosed in No. 1488258, this latter effect is expressed as a reduction in resolution produced by the detector. According to the present invention, the aforementioned object is to provide a photoconductive detector for radiation detection, in which elongated light beams in the form of strips are provided. a conductive sensing member; input bias contacts and output bias contacts disposed on the sensing member to define a path for a bias current extending longitudinally along the sensing member; In order to prevent a decrease in resolution, the bias current is converged and the bias electric field is concentrated at the output side bias contact, and the aforementioned current convergence and electric field concentration have a width smaller in the lateral direction than the detection member. Achieved by a photoconductive detector for radiation detection, which is based on at least one of the shape of the output bias contact and the cross-sectional shape of the detection member that is constricted in the vicinity of the output bias contact. According to the photoconductive detector of the present invention, the shape of the output side bias contact is smaller in width in the lateral direction than the photoconductive detection member, and the cross section of the photoconductive detection member is constricted in the vicinity of the output side bias contact. Based on at least one of the shapes, the bias electric field is concentrated at the output bias contact, increasing the strength of the bias electric field near the output bias contact, accelerating the carrier, and increasing the bias electric field near the output bias contact. In the region of increased bias electric field, the carrier modulates the conductivity of the photoconductive sensing member, resulting in a disadvantageous reduction in frequency response or resolution due to carrier accumulation. According to one form of the invention, the detector is characterized by an output bias contact with a distinct longitudinal area. The output bias contact, which extends toward the input bias contact, is shaped to concentrate the bias electric field in the vicinity of the output bias contact. Preferably, the output bias contacts are positioned opposite the ends of the semiconductor material to symmetrically concentrate the bias electric field. This arrangement is provided to minimize the travel time for diffusion of photocarriers incident on the output bias contact. If the detector is made of n-type material, the output bias contact is negatively biased; conversely, if the detector is made of p-type material, the output bias contact is positively biased. It will be done. According to another aspect of the invention, the detector is characterized by an output bias contact area.
In this case, a semiconductor material is placed near the output bias contact to concentrate the bias electric field toward the output bias contact. In this form of the invention, the semiconductor material may be drilled with one or more pores extending across the length of the semiconductor material. Preferably, a pair of opposing pores are drilled into the semiconductor material extending from either side of the detector to the other side. Preferably, these pores are adjacent to the output bias contacts. Alternatively, a semiconductor material may be formed near the output bias contact to concentrate the electric field toward the output bias contact. The detector may combine both features mentioned above. The present invention will be explained below using preferred embodiments shown in the accompanying drawings. Figure 1 shows an n
A photoconductive detector 101 is shown consisting of a strip-like filament 103 as a photoconductive detection member made of a type cadmium mercury telluride material. The electron density is 5×10 14 to 1×10 15 cm -3 . This material has a Cd 0.2
It has a composition of Hg 0.8 Te and is sensitive to infrared radiation in the 8-14 μm band of the spectrum. At temperatures as low as 80°C, this material is characterized by a photocarrier life time of 1-4 μs when incorporated into a nitrogen temperature or F-3 cryogenic shield. The strip filament 103 is mounted on a sapphire insulating substrate (not shown) and cut and shaped by ion beam milling of larger than normal CMT flakes. Gold metal contacts 105 and 1 are formed as input bias contacts and output bias contacts at both ends of the strip filament 103 by sputtering metal to form a film on the surface of the strip filament 103.
07 is formed. These metal contacts 105,
107 is contoured by photolithographic techniques. At one end of the strip filament 103, the material is bifurcated to provide a voltage contact projection 109. Voltage contact protrusion 109 has gold metal contacts 111 on its upper surface. This contact was also formed during a sputtering or photolithography process. The bifurcated groove or pore 113 between the voltage contact protrusion 109 and the end region of the filament strip 103 is formed by ion beam milling and is approximately 12 μm wide. Metal contact 111
is simply for detecting electrical signals and does not contribute to concentration of the bias electric field. A metal contact 107, an output bias contact, is formed at the bifurcated end of the filament strip 103 to provide local distortion of the bias electric field in the filament strip 103. This bias electric field is
This occurs when a bias is applied to the two metal contacts 105 and 107. As shown, the metal contact 107 has a distinct longitudinal area;
This metal contact 107 is a strip-like filament 10
Metal contact 10 from the bifurcated end of 3
It is sticking out in the direction of 5. The metal contact 107 is in the form of a metal finger with a length of 50 μm and a width (d) of 15 μm and is centered between the ends of the end region of the filament strip 103. This metal contact 10
7 has a smooth outline and no sharp edges.
This ensures an orderly distortion of the bias electric field and, moreover, the finger contacts are even more reproducible of the bias electric field, since sharp-edged metal features are unlikely to occur in any case. For a detector of this geometry, the electric field E at the contacts is E (w/d) E 0 120V cm -1 (where E 0 is the bulk electric field of the device and under typical operating conditions approximately is estimated to be 30V cm -1 ). This electric field is concentrated approximately four times. The frequency response for this detector is determined by the recombination rate S (typically 1000
cm・S -1 ~ 500cm・S -1 ). Considering the radiation line incident on the detector, the output pulse produced by this radiation has a time T T0.7×10 -7 sec (S=1000cm・S -1 ) 1.2×10 -7 sec (S=500cm・S -1 ) during which the output pulse value will decline to 1/e.
From this, it can be assumed that the only source of pulse spread is carrier accumulation. (In fact, in the case of the present invention the pulse broadening would be dominated by thermal diffusion of the carrier.)
1488258)),
Pulse broadening corresponds to limiting resolution. Therefore, for a typical image sweep speed of 130 m/s, the typical or purely theoretical resolutions are 8 μm for S = 1000 cm S -1 and 8 μm for S = 500 cm S -1 Calculated as 14μm. This limit in resolution is less of a problem than the typical limit on thermal diffusion. A typical limit for thermal diffusion in the device described is about 50 μm. The detector sensitivity (R) is increased by the carrier accumulation effect. The contribution of the carrier accumulation effect is RACCDηψ s τE/SN t (where T is the carrier diffusion coefficient and "E"
is the electric field at the metal contact 107, and “N”
is the parallel electron density and ψ s is estimated as the photon flux corresponding to Watts/(width of signal emission) 2 (11 μm wavelength). Typical value of life is τ
2μs, detector thickness t=8μm, quantum efficiency η=
1. Recombination speed S = 1000cm・S -1 , N = 1×
10 15 cm -3 , E = 120 V cm -1 , R ACC (11 μm) 1.3 × 10 6 Vw -1 This detector sensitivity is ~6 times that of the factor obtained using conventional output contacts. be. Although the detector end is shown in FIG.
region). As in the embodiment of FIG. 1, photoconductive strip 203 has an elongated contact finger 207 as an output bias contact with an output bias contact. However,
A voltage contact 211 is provided adjacent to this finger-like protrusion 207 . In the region closest to the tip of the finger 207, the voltage contact 211 has the same shape as the contour of an "undisturbed" equipotential surface (ie, an equipotential surface calculated for a detector without voltage contacts). Therefore, in this case the shape of the bias electric field in the vicinity of finger 207 is relatively undisturbed. Detector 301 shown in FIG. 3 has an alternative configuration. A photoconductive sensing strip 303 is placed near the output bias contact 307. A portion of the photoconductive semiconductor material is removed by ion beam milling to create two opposing pores 315 and 317. In this way, the width of the strip 303 is reduced. When a bias is applied to this output bias contact 307, the electric field in the immediate vicinity of the output bias contact 307 is distorted. The narrowing width is 10 μm.
Pores 315 and 317 have similar lengths and widths and act to symmetrically distort the bias electric field.
strip 30 when the bias electric field is suitably uniform.
The carrier moving toward the output bias contact 307 from the region 3, for example, line X--X shown in FIG. 3, reaches the output bias contact 307 with a spread of arrival time. The introduced symmetry ensures that this spread is minimized. Pore 3
15 and 317 are adjacent to the output side bias contact 307. However, these pores 315, 31
7 can be moved from the output bias contact 307, but the space should be small compared to the width "d" of the recess, otherwise the performance will be poor. Another alternative is shown in FIG. The detector 401 includes a strip 403 as a photoconductive detection member.
FIG. Output side bias contact 40
7, the strip 403 width gradually changes. The profile is symmetrical to minimize carrier travel time spread. FIG. 5 shows a high speed, high sensitivity separate array detector. The detector 501 consists of a photoconductive sensing element 503 made of CMT material or other n-type photoconductive material. A metal coating 505 is formed at the end of this thin piece 503 as a common input bias contact. Several output bias contacts 507 (three shown) are attached to the lamina 50.
It is provided at the other end of 3. Each of the output bias contacts 507 is formed as a metal finger approximately 10 μm wide (d) with a center-to-center pitch of approximately 50 μm from adjacent neighbor. This distance corresponds to approximately twice the lifetime of the carrier, which limits the spread of carrier diffusion in CMT (8-14 μm material). In this way, detector 501 is effectively divided into sections each approximately 50 μm wide (w). However, if desired, aperture 513 between output bias contacts 507 can be used.
These compartments may be delineated by introducing . Regarding this detector 501, the sensitivity due to accumulation is R ACC 4D/πCSR 0 [However, R 0 is the sweep-out ultimate sensitivity of the conventional detector R 0 (2・E〓μ p N t ) -1 (However, E〓 is the photon energy and μ p is the Hall mobility). Table 1 below shows these values:

【表】 第6図に代案の高速高感度検出器が示される。
この検出器601は光導電性検出部材としての光
導電性材料の薄片603から成る。環状の金属導
体605が入力側バイアス接点を与える。環状接
点の中心に、出力側バイアス接点としての円形盤
状の金属導体607が設けられる。バイアスが金
属導体605及び607に適用あれた際に生ずる
バイアス電場は円柱状の対称性を有し、金属導体
607の方向に収束する。金属導体607に近づ
くのを容易にするために検出器601全体に亘つ
て絶縁層を設けてもよい。次に絶縁層中の窓を介
してアクセスを設けてもよい。検出器感度の改善
を、幅wの従来の直線で囲まれた形状の検出器の
感度とこの環状構造の感度を比較することによつ
て評価してもよい: RACC(環状)/RACC(矩形)W/2πr1=1.6 (但し、W=50μm、及び出力バイアス収縮部の
半径r1=5μm)。これは同一の材料、同一のドー
ピングと同一の厚さ、及び完全なスイープアウト
を仮定している。 上述の実施例に於いて説明した検出器は影像用
途に利用しうる。従来通り、検出器を冷却しても
よく、又遮蔽された光学的アセンブリの影像面に
独立もしくは多数並べて配置してもよい。この組
立によつて厚められた像は静止していてもよく又
走査されてもよい。後者の場合のアセンブリは、
像を各々の検出器を横切つて走査させるために、
回転ミラー又はフラツピングミラー(flapping
mirrors)もしくはこれらの両者を包含する。 二接点検出器を用いて、バイアス電流(一定の
バイアス電圧に於ける)を測定するか又はバイア
ス接点(一定のバイアス電流に於ける)間の電圧
を測定することによつて信号情報を誘導してもよ
い。一個又は二個以上の電圧接点を含む検出器を
用いてもよく、電圧接点間の電圧又は電圧接点と
出力側バイアス接点(一定のバイアス電流に於け
る)間の電圧が測定される。
[Table] Figure 6 shows an alternative high-speed, high-sensitivity detector.
This detector 601 consists of a thin piece of photoconductive material 603 as a photoconductive detection element. An annular metal conductor 605 provides the input bias contact. A disk-shaped metal conductor 607 is provided at the center of the annular contact as an output side bias contact. The bias electric field created when a bias is applied to metal conductors 605 and 607 has cylindrical symmetry and converges in the direction of metal conductor 607. An insulating layer may be provided across the detector 601 to facilitate access to the metal conductor 607. Access may then be provided through a window in the insulating layer. The improvement in detector sensitivity may be evaluated by comparing the sensitivity of this annular structure with the sensitivity of a conventional rectilinear shaped detector of width w: R ACC (annular)/R ACC (Rectangle) W/2πr1 = 1.6 (however, W = 50 μm, and radius r1 of output bias contraction part = 5 μm). This assumes the same materials, the same doping and the same thickness, and perfect sweep-out. The detectors described in the above embodiments can be used for imaging applications. As is conventional, the detectors may be cooled and may be placed individually or in multiples in the image plane of a shielded optical assembly. The image thickened by this assembly may be stationary or scanned. The assembly in the latter case is
To scan the image across each detector,
Rotating mirror or flapping mirror
mirrors) or both. A two-contact detector is used to derive signal information by measuring the bias current (at constant bias voltage) or by measuring the voltage across the bias contacts (at constant bias current). It's okay. A detector containing one or more voltage contacts may be used, and the voltage between the voltage contacts or between a voltage contact and an output bias contact (at a constant bias current) is measured.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は出力側バイアス接点を備えた光導電検
出器の実施例の平面図、第2図は出力側バイアス
接点を備えた光導電検出器の他の実施例の一部分
のみを示した平面図、第3図は出力側バイアス接
点の近傍に一対の細孔を備えた光導電検出器の更
に他の実施例の一部のみを示した平面図、第4図
は出力側バイアス接点が形成される光導電検出器
の更に他の実施例の一部分のみを示した平面図、
第5図は複数の出力側バイアス接点を備えた光導
電検出器配列の実施例の平面図及び第6図は環状
配置の光導電検出器の実施例の平面図である。 101,201,301,401,501,6
01……光導電検出器、103,203,30
3,403,503,603……光導電性検出部
材、105,505,605……入力側バイアス
接点、107,207,307,407,50
7,607……出力側バイアス接点、315,3
17……細孔。
FIG. 1 is a plan view of an embodiment of a photoconductive detector with an output bias contact, and FIG. 2 is a partial plan view of another embodiment of a photoconductive detector with an output bias contact. , FIG. 3 is a plan view showing only a portion of still another embodiment of a photoconductive detector having a pair of pores near the output bias contact, and FIG. 4 shows a photoconductive detector in which the output bias contact is formed. A plan view showing only a portion of still another embodiment of the photoconductive detector;
FIG. 5 is a plan view of an embodiment of a photoconductive detector array with a plurality of output bias contacts, and FIG. 6 is a plan view of an embodiment of a photoconductive detector arrangement in an annular arrangement. 101, 201, 301, 401, 501, 6
01...Photoconductive detector, 103,203,30
3,403,503,603...Photoconductive detection member, 105,505,605...Input side bias contact, 107,207,307,407,50
7,607...Output side bias contact, 315,3
17...Pore.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 輻射線検出用の光導電検出器であつて、細片
状の細長い光導電性検出部材と、前記検出部材に
設けられ、前記検出部材に沿つて長手方向に伸び
ているバイアス電流の経路を規定すべく配置され
ている入力側バイアス接点および出力側バイアス
接点とを備え、周波数応答および分解能の低下を
防ぐべく、前記出力側バイアス接点にバイアス電
流が収束しバイアス電場が集中するように構成さ
れており、前記電流の収束と電場の集中は、前記
検出部材より横方向の幅が小さい出力側バイアス
接点の形状と、出力側バイアス接点の近傍でくび
れている前記検出部材の横断面形状のうちの少な
くともひとつに基づくものである、輻射線検出用
の光導電検出器。 2 前記出力側バイアス接点が前記入力側バイア
ス接点に向かつて伸張する突出部を有する特許請
求の範囲第1項に記載の検出器。 3 前記入力側バイアス接点が前記検出部材の一
端に設けられ、前記出力側バイアス接点が前記検
出部材の他端に設けられ前記入力側バイアス接点
に対向する特許請求の範囲第2項に記載の検出
器。 4 前記検出部材が、前記出力側バイアス接点の
近傍に絞りを有する特許請求の範囲第1項に記載
の検出器。 5 前記検出部材が、前記出力側バイアス接点の
近傍に前記絞りを形成すべく一対の対向する細孔
を有する特許請求の範囲第4項に記載の検出器。 6 前記細孔が、前記出力側バイアス接点に隣接
している特許請求の範囲第5項に記載の検出器。 7 前記検出部材が、前記出力側バイアス接点の
近傍に前記絞りを形成すべく前記出力側バイアス
接点に向かつて先細りにされている特許請求の範
囲第4項に記載の検出器。 8 前記出力側バイアス接点と前記入力側バイア
ス接点が互いに同心円状に配列されており、前記
出力側バイアス接点が前記入力側バイアス接点の
内側にある特許請求の範囲第1項に記載の検出
器。
[Scope of Claims] 1. A photoconductive detector for detecting radiation, comprising a strip-like elongated photoconductive detection member, and a photoconductive detector provided on the detection member and extending in the longitudinal direction along the detection member. The input side bias contact and the output side bias contact are arranged to define the path of the bias current, and in order to prevent deterioration of frequency response and resolution, the bias current converges on the output side bias contact and the bias electric field is The convergence of the current and the concentration of the electric field are caused by the shape of the output bias contact having a width smaller in the lateral direction than the detection member, and the detection member constricting near the output bias contact. A photoconductive detector for radiation detection, the photoconductive detector being based on at least one of the cross-sectional shapes of. 2. The detector of claim 1, wherein the output bias contact has a protrusion extending toward the input bias contact. 3. Detection according to claim 2, wherein the input side bias contact is provided at one end of the detection member, and the output side bias contact is provided at the other end of the detection member and faces the input side bias contact. vessel. 4. The detector according to claim 1, wherein the detection member has an aperture near the output side bias contact. 5. The detector according to claim 4, wherein the detection member has a pair of opposing pores to form the aperture near the output bias contact. 6. The detector of claim 5, wherein the pore is adjacent to the output bias contact. 7. The detector of claim 4, wherein the sensing member tapers toward the output bias contact to form the aperture in the vicinity of the output bias contact. 8. The detector according to claim 1, wherein the output side bias contact and the input side bias contact are arranged concentrically with each other, and the output side bias contact is inside the input side bias contact.
JP57050886A 1981-03-30 1982-03-29 Photoconductive detector Granted JPS57175224A (en)

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JPS57175224A JPS57175224A (en) 1982-10-28
JPH059945B2 true JPH059945B2 (en) 1993-02-08

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ID=10520772

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DE (1) DE3211769C2 (en)
FR (1) FR2502846B1 (en)

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DE3211769A1 (en) 1982-12-16
FR2502846A1 (en) 1982-10-01
JPS57175224A (en) 1982-10-28
DE3211769C2 (en) 1996-05-09
FR2502846B1 (en) 1986-08-01

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