RU1835568C - Способ регистрации светового потока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к оптоэлектро- нике, более конкретно к способам регистрации светового потоками может быть использовано дл  анализа и обработки световой информации. Существующие способы не давали обеспечени  возможности регистрации одного из нескольких информационных потоков. Данный способ обеспечивает такую возможность. Способ включает сканирование по поверхности МДП-структуры с противоположной ее диэлектрическому слою стороны дополнительным световым потоком, определение координат точек совпадени  информационного и дополнительного световых потоков и определение информационного потока при приложении напр жени  к МДП-структуре обратно пол рности ее п-р-перехода. 2 ил. сл с

Description

Изобретение относитс  к оптоэлектро- нике, конкретно к способам регистрации светового потока, и может быть использовано дл  анализа и обработки оптической информации .

Цель изобретени  - обеспечение возможности регистрации одного из нескольких информационных потоков.

Сущность изобретени  состоит в следующем .

Регистраци  информационных световых потоков производитс  в полупроводниковой структуре с туннельно-тонким диэлектрическим слоем с одной стороны и с n-p-переходом с противоположной, (см. фиг.1. а)).

К такой структуре прикладывалось внешнее напр жение в такой пол рности, чтобы n-p-переход оказывалс  смещенным в обратном направлении. Такие структуры обеспечивали возможность инжекции носителей из одной части структуры (область объемного зар да (003) n-p-перехода) в другую (область базы, прилежащей к диэлектрическому слою).

При освещении структуры со стороны n-p-перехода дополнительным светом, поглощаемым в n-p-переходе, генераци  элек- тронно-дырочных пар происходит непосредственно в 003 n-p-перехода. Под действием сильного электрического пол  пары раздел ютс ; электроны покидают кристалл через положительный электрод, а

оо со сл

СП

о

00

дырки вынос тс  из 003 перехода в область базы, где электрическое поле отсутствует , в случае, когда электрические контакты к базовой области  вл ютс  неинжектирующими , (каковыми  вл ютс  и кон- такты с туннельно-тонким диэлектриком), т.е. не поставл ют в область базы электроны , не преп тству  в то же врем  вытеканию дырок в области базы, прилежащей к границе раздела полупроводник-диэлектрик, об- разуетс  электрический зар д свободных дырок, который согласно уравнению Пуассона вызывает по вление электрического пол  в области базы. Это происходит в услови х неизменного напр жени , приложен- ного к структуре, при этом происходит перераспределение напр жени  между 003 л-р-перехода и базовой областью структуры, (см. фиг. 1. б))

Как показали наши исследовани , вели- чина напр женности электрического пол  у поверхности тун нельно-тон кого диэлектрического сло  пропорциональна интенсивности освещени  полупроводниковой структуры дополнительным световым пото- ком, поглощаемым в n-p-переходе. При этом координаты области, куда переходит электрическое поле, совпадают с координатами области, освещаемой дополнительным световым потоком. После прекращени  осве- щени  накопленный зар д свободных носителей рассасываетс  за врем  туннели- ровани  и распределение пол  возвращаетс  в исходное состо ние.

При отсутствии электрического пол  в базе освещение структуры информационным световым потоком не дает сигнала фототока , т.к. сгенерированные электронно-дырочные пары не раздел ютс , но как только в области, прилежащей к диэлектрическому слою по вл етс  электрическое поле, электронно-дырочные пары раздел ютс  и через структуру протекает сквозной фототок. (см. фиг. 1 в)).

При освещении регистрируемым свето- вым потоком с h v Eg полупроводниковой структуры через туннельно-тонкий диэлектрический слой величина фототока определи- етс  выражением:

Зф е fi rEG,

где е - зар д электрона;

(л - подвижность носителей;

г-врем  жизни носителей;

Е - напр женность электрического пол ;

G - фотогенераци .

Таким образом, регистраци  информационных световых потоков будет происхо- дить только в том случае, когда координаты

дополнительного светового потока и, следовательно , вызванного им перераспределенного электрического пол  будут совпадать с координатами регистрируемого светового потока.

Нами разработан способ, дающий возможность регистрации одного из нескольких одновременно падающих информационных световых потоков. Однако он имеет ограничение в том отношении, что обеспечивает регистрацию только в МДП-структурах с туннельно-тонким диэлектрическим слоем.

Сущность за вл емого способа иллюстрируетс  графически на фиг.1 (а, б, в) и фиг.2 (а, б).

На фиг.1 а) приведена схема конструкции туннельной МДП-структуры на полупроводниковом кристалле, содержащем в объеме n-p-переход; структура состоит из:

п-области 1, р-области 2, туннельно-тон- кого сло  диэлектрика 3, контакта А.

На фиг.1 б) представлено распределение напр женности электрического пол  в структуре при освещении дополнительным световым потоком со стороны п-р-перехода потоком интенсивности 0 и приложенным обратным смещением: крива  1 описывает распределение электрического пол  в кристалле при 10 0, а крива  2 - при 0 0.

На фиг.1 в) представлено изменение распределени  напр женности электрического пол  в структуре при освещении и вли ние его изменени  на регистрацию информационного светового потока интенсивности И: ) . :

На фиг.2 представлено пространственное распределение фотоответа в туннельной МДП-структуре с n-p-переходом на кристалле p-SI

На фиг.2 а) представлена геометри  экс- перимента,схема эксперимента;

на фиг.2 а) прин ты следующие обозначени :

п-области 1; р-области 2; туннельно тонкого сло  диэлектрика 3; контакта 4; общий канал съема фототока 5.,

На фиг.2 б) распределение фотоответа структуры от регистрируемого светового потока при сканировании по противоположной стороне поверхности тонкой полоской дополнительного светового потока.

На фиг.1 (а, в) дополнительно обозначены регистрируемый и дополнительный световые потоки, на фиг.2 прин ты также следующие обозначени : РУ - резонансный усилитель; S - узка  полоска дополнительного света; R - сопротивление нагрузки.

Пример. Осуществл лась регистраци  светового потока в туннельной МДП-структуре на основе монокристалла Sf, п-типа проводимости (р 2,6 1030м см), ориентированного по кристаллографической оси 110 с размерами 11 х 11 мм и толщиной d 250 мкм. На одной из граней монокристалла методом термического осаждени  в вакууме создавалс  туннельно-тонкий диэлектрический слой StaN толщиной d 100 А. при температуре 200°С. С противоположной стороны методом ионной имп- лантации создавалс  р-п-переход внедрением фосфора. Глубина залегани  р- п составл ла 2-5 мкм. На боковой поверхностимонокристаллаповерх диэлектрического сло  создавалс  прозрач- ный электрод путем осаждени  золота из золотохлористоводородной кислоты.

К электродам МДП-структуры перпендикул рно плоскости 110 прикладывалось посто нное электрическое поле, направление приложени  пол  соответствовало направлению обратной пол рности p-n-перехода МДП-структуры и составл ла V 30B.

.Освещение структуры двум  регистрируемыми световыми потоками с А 0,83 мкм, что соответствует условию h v Eg проводилось через грань МДП-структуры, содер- жащей туннельно-тонкий диэлектрический слой. Одновременно с этим с противоположной стороны МДП-структуры проводилось.освещение узкой полоской дополнительного светового потока поглощающегос  в п-р-пе- реходе { Я 0,78 мкм; ширина плоски 100 мкм, интенсивность 0 5 -мВт/см2). Дл  определени  координаты одного из регистрируемых световых потоков полоска сканировалась по поверхности структуры до увеличени  сигнала фототока, что означало достижение совпадени  координат регистрируемого и дополнительного лучей. Интен- сивность регистрируемый лучей измен лась от 10 до 560 мкВт/см2 (см. фиг.2).

В конкретном примере, в структуре на кристалле Si, использовавшейс  дл  реализации условий раздельной регистрации ин- формационных световых лучей, была осуществлена регистраци  каждого из информационных световых лучей по отдельности .

Регистраци  каждого светового потока осуществл лась в общем канале съема сигнала фототока, который представл л собой селективный вольтметр У2-8, снимающий сигнал с нагрузочного сопротивлени  в цепи подачи напр жени  на структуру.

В данном примере конкретной реализации было достигнуто пространственное разрешение в 10 лин/мм.

Таким образом, предложенный способ действительно позвол ет достоверно осуществл ть регистрацию каждого из информационных световых лучей по отдельности из общего потока лучей.

В способе-прототипе така  возможность отсутствовала, т.к. этот способ не работает при одновременном освещении МДП-структуры несколькими регистрируемыми световыми потоками.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ регистрации светового потока, включающий освещение МДП-структуры со стороны ее диэлектрического сло  информационным световым потоком и определение информационного светового потока в общем канале сьема сигнала фототока, о т- личающийс  тем, что, с целью обеспечени  возможности регистрации одного из нескольких информационных потоков, производ т сканирование по поверхности МДП-структуры с противоположной ее диэлектрическому слою стороны дополнительным световым потоком и определение координат точек совпадени  информационного и дополнительных световых потоков, а определение информационного потока осуществл ют при приложении напр жени  к МДП-структуре обратно пол рности ее р-п- перехода.

   а

   Е| I

   1.

   2

   Io -Ј1

   Фиг. I.

   L

   а

   )

   Ъ

   -х

   Jr- 41

   Фиг. 2.

   1(МКА)

   л

   Х(СМ)