RU2161348C2 - Фотодетектор, содержащий моппт с плавающим затвором - Google Patents

Фотодетектор, содержащий моппт с плавающим затвором Download PDF

Info

Publication number
RU2161348C2
RU2161348C2 RU98101464/28A RU98101464A RU2161348C2 RU 2161348 C2 RU2161348 C2 RU 2161348C2 RU 98101464/28 A RU98101464/28 A RU 98101464/28A RU 98101464 A RU98101464 A RU 98101464A RU 2161348 C2 RU2161348 C2 RU 2161348C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light
charge
photodetector
photoemission
mosfet
Prior art date
Application number
RU98101464/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU98101464A (ru
Inventor
Ойкари Тимо
Кахилайнен Юкка
Хааслахти Юкка
Original Assignee
Радос Текнолоджи Ой
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 Радос Текнолоджи Ой filed Critical Радос Текнолоджи Ой
Publication of RU98101464A publication Critical patent/RU98101464A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2161348C2 publication Critical patent/RU2161348C2/ru

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • 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
    • H01L31/1136Devices 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 the device being a metal-insulator-semiconductor field-effect transistor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

Использование: для измерения слабых уровней освещенности. Сущность: фотодетектор содержит фотоэмиссионную поверхность, способную высвобождать фотоэлектроны. Фотоэлектроны детектируют посредством МОППТ, имеющим плавающий затвор, который перед измерением соответственно заряжают таким образом, чтобы фотоэлектроны могли вызывать изменение заряда плавающего затвора. Детектируемое изменение показывает количество света, воспринятого детектором. Техническим результатом изобретения является повышение чувствительности, снижение стоимости и упрощение изготовления фотодетектора. 5 с. и 6 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Область техники
Настоящее изобретение относится к фотодетектору, содержащему МОППТ с плавающим затвором, который используется для измерения слабых уровней освещенности.
Одним из наиболее чувствительных фотодетекторов является фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) или просто фотоумножитель. По конструкции это устройство представляет собой электровакуумный прибор, содержащий светочувствительный фотокатод и электронный умножитель. К устройству с помощью высокого напряжения прикладывают электрическое поле. Детектируемые фотоны ударяются о фотокатод, из которого они высвобождают фотоэлектроны посредством процесса фотоэмиссии. Электронный умножитель состоит из группы (обычно 6-16) электродов вторичной эмиссии, называемых динодами, с повышением электрического потенциала между ними. Фотоэлектроны с катода направляют к первому диноду, где они образуют несколько вторичных электронов, которые, в свою очередь, направляют к следующему диноду, где повторяется вторичная эмиссия и т.д. Это приводит к усилению, так что сигнал с выходного электрода - анода является достаточно сильным для его обработки электронным способом. Недостатками фотоэлектронных умножителей является их сравнительно высокая стоимость и необходимость в высоком напряжении, что ограничивает и усложняет их эксплуатационную гибкость.
Другим классом устройств являются различные полупроводниковые фотодетекторы, например фотодиоды, фототранзисторы и приборы с зарядовой связью (ПЗС). Обычным для них является то, что свету позволяют воздействовать на полупроводниковый материал, где он генерирует носители заряда (электроны и дырки), которые формируют электрический сигнал. В отношении полупроводниковых детекторов проблема заключается в том, что носители должны мигрировать в объем полупроводникового материала, где тепловая энергия создает большой фоновый шум.
Краткое изложение сущности изобретения
Согласно настоящему изобретению предлагается фотодетектор нового типа, который является дешевым, чувствительным и легким в изготовлении. Он представляет собой вакуумную камеру, содержащую фотоэмиссионную поверхность, способную высвобождать электроны (фотоэлектроны) фотоэлектронной эмиссией в ответ на фотоны света. Отличительным признаком настоящего изобретения является то, что фотоэлектроны детектируют полевым МОП-транзистором (МОППТ) с плавающим затвором, который соответствующим образом заряжают перед измерением. Фотоэлектронная эмиссия вызывает изменение в заряде затвора, причем это изменение показывает количество света, воспринятого детектором.
Согласно одному варианту осуществления изобретения фотоэмиссионная поверхность не прикреплена к затвору, который перед измерением заряжают до положительного потенциала. Положительный заряд притягивает фотоэлектроны и направляет их к затвору, где они нейтрализуют свой положительный заряд, приводя к уменьшению потенциала затвора. Это уменьшение является показателем количества света, воспринятого детектором.
Согласно другому варианту осуществления изобретения фотоэмиссионная поверхность выполнена непосредственно на плавающем затворе, который в этом случае перед измерением заряжают отрицательно. Высвобожденные фотоэлектроны собирают на отдельном электроде-аноде или непосредственно на металлической стенке кожуха устройства. Это вызывает увеличение в потенциале затвора, которое является показателем количества света, воспринятого детектором.
Во время фазы накопления фотоэлектронов фотодетектор не требует никакой электроэнергии (напряжения). Однако очевидно, что могут быть также приложены дополнительные электрические поля для оптимизации накопления фотоэлектронов.
Отличительным признаком изобретения является то, что электронам (фотоэлектронам), высвобожденным с фотоэмиссионной поверхности посредством фотоэлектронной эмиссии в ответ на фотоны света, дают возможность воздействовать на поверхность плавающего затвора МОППТ (полевого МОП-транзистора). Изобретение основывается на измерении действия фотоэлектронов на заряд, находящийся в емкости плавающего затвора МОППТ перед измерением.
Фотоэлектроны собирают под действием электрического поля, создаваемого затвором, после того как он был вначале заряжен до соответствующего потенциала. Эту первоначальную зарядку осуществляют, например, путем использования туннелирования по Фаулеру-Нордхайму.
Измеряя проводимость канала сток-исток МОППТ, можно определить величину заряда затвора без ликвидации самого заряда. Это аналогично считыванию информации, хранимой в памяти ЭППЗУ.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретного варианта его воплощения со ссылками на сопровождающий чертеж, на котором схематически изображен фотодетектор согласно изобретению.
Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Фотоэмиссионная поверхность 20 (фиг. 1) воспринимает фотоны света и высвобождает электроны (часто называемые фотоэлектронами) посредством фотоэлектронной эмиссии. Фотоэмиссионные материалы общеизвестны и могут быть аналогичны тем, которые применяются в фотокатодах фотоумножителей.
Фотоэлектроны детектируются МОППТ 10. Это устройство имеет три электрода: исток 11, сток 12 и затвор 13. Согласно изобретению затвор 13 поддерживается неприсоединенным, т.е. плавающим. На затворе 13 заранее образуют положительный заряд, например, приложением достаточно высокого напряжения между истоком 11 и стоком 12. Это приводит к возникновению туннелирования по Фаулеру-Нордхайму через оксидный изолирующий слой 14 затвора, что вызывает установление потенциала в плавающем затворе 13 при желаемом заряде.
Известно, что МОППТ с плавающими затворами обладают отличными свойствами сохранять заряд. Поэтому они весьма подходят для изготовления энергонезависимых запоминающих устройств, включая цифровые и аналоговые ППЗУ и ЭСППЗУ. МОППТ с заряженными плавающими затворами раньше использовали в качестве детекторов ионизирующего излучения (см. , например, публикацию PCT WO 95/12134).
Положительный заряд создает электрическое поле, которое притягивает фотоэлектроны и направляет их к затвору 13. На поверхности затвора 13 имеется непокрытый участок или участок, покрытый проводником, полупроводником или тонким изолирующим слоем. Толщина изолирующего слоя не может превышать 1 мм, чтобы оставалась возможность для прохождения электронов через него к фактическому затвору. Однако предпочтительнее, чтобы часть поверхности затвора была полностью открытой. Поэтому в оксидном изолирующем слое 14 плавающего затвора 13 выполнено отверстие 17, через которое фотоэлектроны могут непосредственно достигать поверхности затвора 13. При столкновении с затвором 13 фотоэлектроны нейтрализуют положительный заряд на нем, вызывая уменьшение потенциала затвора 13. Величина уменьшения потенциала за выбранный интервал времени служит показателем количества света, воспринятого фотодетектором за этот интервал времени.
Для обеспечения надлежащей работы фотоэмиссионная поверхность 20 и МОППТ 10 заключены в кожух 21, который вакуумирован. Кожух 21 имеет прозрачную часть 22, например стеклянное окошко, через которое фотоны света могут достигать фотоэмиссионной поверхности 20. На фиг. 1 показан вариант выполнения, в котором фотоэмиссионная поверхность 20 образована на внутренней поверхности прозрачной части 22. Фотоэмиссионная поверхность 20 соединена с металлической стенкой кожуха 21. Очевидно, что фотоэмиссионная поверхность может быть также расположена глубже во внутренней полости кожуха.
Потенциал 13, пропорциональный его заряду, может быть определен путем измерения проводимости канал исток-сток МОППТ 10 без ликвидации самого заряда. Проводимость измеряют, например, введением соответствующего напряжения между истоком 11 и стоком 12 и измерением получаемого в результате тока исток-сток. Другими словами, количество света, детектированного за выбранный интервал времени, может быть определено сравнением тока исток - сток после интервала детектирования с его первоначальным значением при полностью заряженном затворе.
Чтобы зарядное напряжение могло быть приложено между истоком 11 и стоком 12 и соответственно, чтобы изменение в потенциале (заряде) затвора 13 могло быть измерено так, как объяснено выше, исток 11 и сток 12 проводниками 26 и 27 соединены с соединителями 28 и 29, установленными на стенке кожуха 21.
Согласно другому варианту осуществления изобретения (не показан) фотоэмиссионная поверхность выполнена непосредственно на затворе, который в этом случае перед измерением заряжают отрицательно. Высвобожденные фотоэлектроны собирают на отдельном аноде или прямо на металлической стенке кожуха. Это вызывает увеличение потенциала затвора, которое служит показателем количества света, воспринятого детектором. Как и выше, это определяется измерением проводимости канала исток-сток.
Примечательно, что во время фазы детектирования света (т.е. накопления фотоэлектронов), предложенный фотодетектор не требует подачи электроэнергии (напряжения). Однако возможно, конечно, создание дополнительного электрического потенциала между фотоэмиссионной поверхностью и плавающим затвором между фотоэмиссионной поверхностью и анодом (не показан), чтобы увеличить и оптимизировать сбор фотоэлектронов.

Claims (11)

1. Фотодетектор, содержащий фотоэмиссионную поверхность, способную испускать электроны в ответ на детектируемые фотоны света, МОППТ с плавающим затвором для подачи заряда, чтобы эмиссия электронов могла вызвать изменение заряда, и кожух, в который заключены фотоэмиссионная поверхность и МОППТ, при этом по меньшей мере часть кожуха выполнена прозрачной для света, чтобы свет мог достигать фотоэмиссионную поверхность.
2. Фотодетектор по п.1, отличающийся тем, что фотоэмиссионная поверхность не соприкасается с плавающим затвором, а заряд является положительным.
3. Фотодетектор по п.1, отличающийся тем, что фотоэмиссионная поверхность соприкасается с плавающим затвором, а заряд является отрицательным.
4. Фотодетектор по п. 3, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство для сбора указанных электронов.
5. Фотодетектор, содержащий фотоэмиссионную поверхность, способную испускать электроны в ответ на детектируемые фотоны света, МОППТ с плавающим затворов, не соприкасающимся с фотоэмиссионной поверхностью, для подачи положительного заряда и накопления электронов, кожух, в который заключены фотоэмиссионная поверхность и МОППТ, при этом по меньшей мере часть кожуха выполнена прозрачной для света, чтобы свет мог достигать фотоэмиссионной поверхности.
6. Фотодетектор по п.5, отличающийся тем, что фотоэмиссионная поверхность выполнена на внутренней поверхности прозрачной части кожуха.
7. Фотодетектор, содержащий фотоэмиссионную поверхность, способную испускать электроны в ответ на детектируемые фотоны света, МОППТ с плавающим затвором, соприкасающимся с фотоэмиссионной поверхностью, для подачи отрицательного заряда и кожух, в который заключены фотоэмиссионная поверхность и МОППТ, при этом по меньшей мере часть кожуха выполнена прозрачной для света, чтобы свет мог достигать фотоэмиссионной поверхности.
8. Фотодетектор по п.5 или 7, отличающийся тем, что дополнительно содержит средство для регистрирования изменения заряда, вызываемого электронами, причем это изменение служит показателем количества света, воспринятого фотодетектором.
9. Способ детектирования света, заключающийся в том, что используют фотодетектор, содержащий фотоэмиссионную поверхность, способную испускать электроны в ответ на детектируемые фотоны света, МОППТ с плавающим затвором и кожух, в который заключены фотоэмиссионная поверхность и МОППТ, при этом по меньшей мере часть кожуха выполнена прозрачной для света, чтобы свет мог достигать фотоэмиссионной поверхности, заряжают плавающий затвор до заданного потенциала, осуществляют воздействие детектируемого света на фотоэмиссионную поверхность, обеспечивая возможность эмиссии электронов с фотоэмиссионной поверхности и вызывая изменение заданного потенциала плавающего затвора, и после заданного промежутка времени регистрируют изменение заданного потенциала, служащее показателем количества света, принятого фотодетектором.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что стадию зарядки осуществляют приложением напряжения между электродом истока и электродом стока МОППТ.
11. Способ детектирования света, заключающийся в том, что используют фотодетектор, содержащий фотоэмиссионную поверхность, способную испускать электроны в ответ на детектируемые фотоны света, МОППТ с плавающим затвором и кожух, в который заключены фотоэмиссионная поверхность и МОППТ, при этом по меньшей мере часть кожуха выполнена прозрачной для света, чтобы свет мог достигать фотоэмиссионной поверхности, осуществляют воздействие детектируемого света на фотоэмиссионную поверхность, обеспечивая возможность эмиссии электронов с фотоэмиссионной поверхности и вызывая изменения в заряде, и после заданного промежутка времени регистрируют изменение заряда, служащее показателем количества света, воспринятого фотодетектором.
RU98101464/28A 1995-06-30 1996-06-28 Фотодетектор, содержащий моппт с плавающим затвором RU2161348C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI953240 1995-06-30
FI953240A FI953240A0 (fi) 1995-06-30 1995-06-30 Ljusdetektor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98101464A RU98101464A (ru) 1999-10-27
RU2161348C2 true RU2161348C2 (ru) 2000-12-27

Family

ID=8543704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98101464/28A RU2161348C2 (ru) 1995-06-30 1996-06-28 Фотодетектор, содержащий моппт с плавающим затвором

Country Status (11)

Country Link
US (1) US6043508A (ru)
EP (1) EP0842545B1 (ru)
JP (1) JP3790548B2 (ru)
CN (1) CN1112735C (ru)
AT (1) ATE274241T1 (ru)
AU (1) AU6227196A (ru)
CA (1) CA2225226C (ru)
DE (1) DE69633183T2 (ru)
FI (1) FI953240A0 (ru)
RU (1) RU2161348C2 (ru)
WO (1) WO1997002609A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451983C1 (ru) * 2008-09-02 2012-05-27 Шарп Кабусики Кайся Дисплейное устройство

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000088645A (ja) 1998-09-16 2000-03-31 Hamamatsu Photonics Kk 積分型光検出装置
AU2003236112A1 (en) * 2002-04-17 2003-10-27 Hamamatsu Photonics K.K. Photosensor
KR100499956B1 (ko) * 2002-10-24 2005-07-05 전자부품연구원 양자채널이 형성된 모스펫을 이용한 포토디텍터 및 그제조방법
FR2911191B1 (fr) * 2007-01-09 2009-07-10 Microcomposants De Haute Secur Capteur de mesure d'une dose d'uv et procede de mesure d'une dose d'uv mettant en oeuvre ce capteur
CN101303239B (zh) * 2007-05-10 2010-05-26 北方工业大学 一种传感器及其调节方法
CN101807547B (zh) * 2009-02-18 2013-07-10 南京大学 光敏复合介质栅mosfet探测器
US9219177B2 (en) 2010-04-07 2015-12-22 International Business Machines Corporation Photo detector and integrated circuit
KR101774480B1 (ko) * 2011-08-16 2017-09-04 에레즈 할라미 전계 효과 트랜지스터의 비접촉 제어를 위한 방법 및 장치 그리고 두 개의 전자 장치들을 상호연결하는 방법
US8653618B2 (en) * 2011-09-02 2014-02-18 Hoon Kim Unit pixel of color image sensor and photo detector thereof
US9213112B2 (en) 2013-03-15 2015-12-15 Starfire Industries, Llc Neutron radiation sensor
CN104900745B (zh) * 2015-05-26 2017-10-27 北京工业大学 一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器及其制备方法
CN110767519B (zh) * 2019-10-21 2022-03-04 中国电子科技集团公司第十二研究所 一种场发射电子源结构及其形成方法、电子源、微波管

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0002420A1 (fr) * 1977-12-01 1979-06-13 International Business Machines Corporation Dispositif semi-conducteur du type transistor à effet de champ activé par la lumière et mémoire en résultant
DE3413829A1 (de) * 1984-04-10 1985-10-17 Hahn-Meitner-Institut für Kernforschung Berlin GmbH, 1000 Berlin Mos-dosimeter
US5471051A (en) * 1993-06-02 1995-11-28 Hamamatsu Photonics K.K. Photocathode capable of detecting position of incident light in one or two dimensions, phototube, and photodetecting apparatus containing same
FI934784A0 (fi) * 1993-10-28 1993-10-28 Rados Technology Oy Straolningsdetektor
US5804833A (en) * 1996-10-10 1998-09-08 Advanced Scientific Concepts, Inc. Advanced semiconductor emitter technology photocathodes

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2451983C1 (ru) * 2008-09-02 2012-05-27 Шарп Кабусики Кайся Дисплейное устройство

Also Published As

Publication number Publication date
EP0842545B1 (en) 2004-08-18
CA2225226A1 (en) 1997-01-23
DE69633183D1 (de) 2004-09-23
ATE274241T1 (de) 2004-09-15
WO1997002609A1 (en) 1997-01-23
CN1189922A (zh) 1998-08-05
JP3790548B2 (ja) 2006-06-28
EP0842545A1 (en) 1998-05-20
CN1112735C (zh) 2003-06-25
US6043508A (en) 2000-03-28
AU6227196A (en) 1997-02-05
JPH11509366A (ja) 1999-08-17
FI953240A0 (fi) 1995-06-30
DE69633183T2 (de) 2005-08-18
CA2225226C (en) 2003-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2161348C2 (ru) Фотодетектор, содержащий моппт с плавающим затвором
Kume et al. Newly developed photomultiplier tubes with position sensitivity capability
US6166365A (en) Photodetector and method for manufacturing it
CN206022306U (zh) 一种非接触物体表面电荷光电倍增管放大器
US5453609A (en) Non cross talk multi-channel photomultiplier using guided electron multipliers
CN109273345B (zh) 非接触物体表面电荷光电倍增管放大器
CN108140532B (zh) 光电管和制造方法
CN113302485A (zh) 基于外延层的x射线检测器及其制备方法
GB2039140A (en) An ion detecting device
EP0414793A4 (en) Electronic still camera tube
US2686269A (en) High-vacuum electronic phototube
JPH07500907A (ja) 放射線検出器
US8592741B2 (en) Image sensor cell for night vision
Breskin et al. Sealed gas UV-photon detector with a multi-GEM multiplier
JP2002107458A (ja) 放射性イオン検出器
CN101478645B (zh) 一种基于半导体层的电荷感应成像方法
JPS5955075A (ja) 半導体放射線検出器
Voss Physics of low light level detectors
US3839674A (en) Device for measuring very small electric currents
McMullan et al. Serial Read-out from Image Tubes Incorporating Silicon Diode Arrays
US20020113551A1 (en) Light conversion and detection of visible light
RU2046446C1 (ru) Фотоэлектронный умножитель
Stradling et al. An ion detecting device
Haggart A study of the application of imaging charge-coupled devices for the detection and quantitation of luminogenic assays
JPS61148383A (ja) 荷電粒子検出器

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130629