RU2503089C1 - Устройство для регистрации электромагнитного излучения - Google Patents
Устройство для регистрации электромагнитного излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503089C1 RU2503089C1 RU2012130298/28A RU2012130298A RU2503089C1 RU 2503089 C1 RU2503089 C1 RU 2503089C1 RU 2012130298/28 A RU2012130298/28 A RU 2012130298/28A RU 2012130298 A RU2012130298 A RU 2012130298A RU 2503089 C1 RU2503089 C1 RU 2503089C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electromagnetic radiation
- photoresistor
- cuvette
- photosensitive
- radiation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оптике и радиофизике. Устройство для регистрации электромагнитного излучения содержит источник электромагнитного излучения, электрическую цепь, состоящую из источника ЭДС, амперметра и приемника электромагнитного излучения с фоточувствительным фоторезистором. Приемник электромагнитного излучения выполнен в виде замкнутой кюветы с окном для ввода электромагнитного излучения внутрь кюветы; внутри кюветы имеются два электрода и трехмерный фотонный кристалл, состоящий из плотно упакованных монодисперсных диэлектрических шариков, прозрачных для регистрируемого электромагнитного излучения, в порах между которыми присутствуют ультрадисперсные частицы фоточувствительного полупроводникового материала - фоторезистора. Размеры шариков внутри кюветы сравнимы с длиной волны регистрируемого электромагнитного излучения или существенно превышают ее значение. Изобретение обеспечивает повышение чувствительности приемника электромагнитного излучения. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Изобретение относится к оптике и радиофизике и предназначено для регистрации электромагнитного излучения видимого и инфракрасного диапазонов.
Известны устройства для регистрации электромагнитного излучения (см. /1/ стр 644-652) в виде фотоэлементов, основанных на использовании электровакуумных приборов и так называемого внешнего фотоэффекта. При попадании на фотокатод, состоящий из тонкого слоя щелочного металла, электромагнитного излучения, энергия квантов которого превышает работу выхода соответствующего щелочного элемента, в электрической цепи под действием анодного напряжения возникает электрический ток, регистрируемый амперметром. Величина возникающего фототока может быть увеличена в фотоумножителе, в котором присутствует несколько динодов, из которых происходит электронная эмиссия под действием исходного пучка электронов, вылетающих из фотокатода, и ускоряющего анодного напряжения. Недостатком вакуумных фотоэлементов и фотоумножителей является их низкая чувствительность при регистрации электромагнитного излучения инфракрасного диапазона, а также необходимость использования вакуумной технологии при изготовлении, требующая большого времени и громоздкой технологии (вакуумных насосов, переходов металл-стекло и т.д.).
Прототипом предлагаемого устройства может служить устройство, приведенное на Фиг.1. Здесь в электрическую цепь с источником питания 7 с помощью электродов 5 включен фоторезистор. 3. В фоторезисторе в результате внутреннего фотоэффекта под действием электромагнитного излучения 8, проникающего сквозь защитное покрытие 2, возникает фотоэлектрический ток, измеряемый амперметром 6. Электрический ток в фоторезисторе осуществляется свободными носителями (электронами и дырками) при поглощении квантов света, энергия которых превышает ширину запрещенной зоны полупроводника, (см 121, стр.183-186). В типовых фоторезисторах в качестве фоточувствительных элементов 3 используются полупроводники: сульфид кадмия, селенид кадмия (для видимого диапазона); сульфид свинца и другие узкозонные полупроводники (для инфракрасной области спектра). Фоточувствительный полупроводник помещается на изолирующую подложку 1 (см. Фиг.1). При этом в тонкой приповерхностной области полупроводника под действием падающего на него электромагнитного излучения возникают электроны и дырки, обеспечивающие возникновение фототока под действием напряжения, присутствующего в электрической цепи (см. Фиг.1).
Недостатком такого устройства является невысокая чувствительность вследствие того, что толщина приповерхностного слоя фоторезистора, в котором осуществляется внутренний фотоэффект, очень мала (меньше длины волны регистрируемого электромагнитного излучения).
Задачей, решаемой данным изобретением, является повышение чувствительности устройства для регистрации электромагнитного излучения. Для решения поставленной задачи вместо однородного полупроводникового фоторезистора предлагается использовать гетерогенную среду с большой поверхностью фоточувствительного материала. Задача решается на основе использования в регистрирующем устройстве (см. Фиг.2) трехмерного фотонного кристалла [3, 4], состоящего из плотно упакованных диэлектрических шариков, состоящих, например, из диоксида кремния или диоксида титана, прозрачных для регистрируемого электромагнитного излучения. В порах между диэлектрическими шариками размещаются ультрадисперсные микрочастицы фоточувствительного полупроводника, что обеспечивает существенное увеличение рабочей поверхности, вблизи которой осуществляется внутренний фотоэффект под влиянием внешнего электромагнитного излучения. В качестве трехмерного фотонного кристалла или фотонного стекла предлагается использовать опаловые матрицы, размер шариков которых сравним с длиной волны видимого излучения или существенно превышает длину волны регистрируемого излучения.
Принцип действия предлагаемого устройства иллюстрируется Фиг.2-5. Фоторезистор 5 (см. Фиг.2, 3) включается в электрическую цепь, содержащую источник напряжения 10 и амперметр 9, измеряющий ток, возникающий в фоторезисторе под действием падающего на него излучения. На фиг.3 приведена схема фотоприемника с фоточувствительным слоем, используемая в схеме, приведенной на Фиг.2. На дне фотоприемника находится диэлектрическая подложка 1, соединяемая с пластинами 2 и 7 крепежными винтами 4, зажимающими электроды 2. Внутри кюветы плотно упакованы шарики 5 с заданным диаметром в виде трехмерного фотонного кристалла. Диаметр шариков сравним с длиной волны регистрируемого электромагнитного излучения или существенно превосходит ее значение. Падающее на кювету электромагнитное излучение 11 проходит через окно 3 кюветы, состоящее из предохраняющего фоточувствительный слой диэлектрика, прозрачного для регистрируемого электромагнитного излучения. Попадая в фотонный кристалл, излучение многократно рассеивается внутри шариков 5. При условии близости длины волны излучения к диаметру шариков может реализоваться длительное послесвечение, связанное с локализацией фотонов из-за возрастания соответствующей функции плотности фотонных состояний вблизи спектрального положения "стоп-зоны" фотонного кристалла [3, 4], Соответственно вблизи поверхности шариков происходит проникновение излучения в область микрочастиц полупроводника 6, введенного в поры между шариками диэлектрика. Таким образом, площадь поверхности светочувствительного материала существенно возрастает по сравнению с площадью плоского фоторезистора. Соответственно возрастает чувствительность фотоприемнике на величину, близкую к отношению площади поверхности структурированного фоторезистора к площади плоского фоторезистора.
Если диаметр шариков существенно превосходит длину волны регистрируемого электромагнитного излучения, может реализоваться эффект "шепчущей галереи", когда без существенных потерь вследствие полного внутреннего отражения (см. вставку справа на Фиг.1) от поверхности шариков электромагнитная волна распространяется вдоль поверхности шариков. Условие проявления эффекта "шепчущей галереи" имеет вид:
При выполнении этого условия происходит пленение электромагнитного излучения внутри шариков, что должно приводить к существенному увеличению фототока в приемном устройстве (см. Фиг.2). В результате величина тока, регистрируемого амперметром 12 в электрической цепи (см. Фиг.2), с источником напряжения 11, существенно увеличивается.
Другой вариант предлагаемого фотоприемного устройства иллюстрируется Фиг.4, 5. При этом (см. Фиг.4) электрическое напряжение 12 подводится к электродам 9, 10 и ток протекает через амперметр 12 и фоторезистор 6, находящийся вблизи металлической подложки 1, в направлении, параллельном направлению распространения регистрируемого электромагнитного излучения. Окно фотоприемника 3 изготовлено из материала, прозрачного для регистрируемого излучения, и покрывается полупрозрачным металлическим электродом 4. Общий вид кюветы приемного устройства при этом иллюстрируется Фиг.5. Как и в случае, представленном на Фиг.2, 3, чувствительность приемника повышается при использовании гетерогенной фоточувствительной среды в виде трехмерного фотонного кристалла 5 типа опаловой матрицы, за счет увеличения эффективной площади взаимодействия регистрируемого электромагнитного излучения с фоточувствительным полупроводником и пленения излучения при условии проявления эффекта "шепчущей галереи".
Вместо фотонного кристалла может быть использовано фотонное стекло, состоящее из разупорядоченных в пространстве диэлектрических шариков одинакового размера (см Фиг.6), расположенных внутри кюветы (см Фиг.7). Дополнительное усиление сигнала фотоприемника может быть обеспечено при введении в объем фоторезистора металлических квантовых точек, приводящих к гигантскому усилению электромагнитного поля [3] вблизи поверхности металлических частиц малых размеров. Выполненные эксперименты по регистрации электромагнитного излучения подтвердили эффект возрастания чувствительности фотоприемника в схемах, аналогичных схемам, представленных Фиг.2-5, по сравнению со стандартной схемой, приведенной на Фиг.1.
Литература.
1. Г.С. Ландсберг. Оптика. Издательство "Наука", Москва, 1976 г., стр.644-652.
2. Г.И. Епифанов. Физика твердого тела. Издательство "Высшая школа", москва„ 1965 г., стр.183-186.
3. B.C. Горелик. Оптика глобулярных фотонных кристаллов. Квантовая электроника. Т.37, №5, стр.409-432. 2007 г.
4. B.C. Горелик, А.А. Есаков, И.И. Засавицкий. Длительное свечение опаловых матриц, возбуждаемое импульсным ультрафиолетовым излучением, при низких температурах. Неорганические материалы, 2010, т.46, №6, с.716-721.
Claims (2)
1. Устройство для регистрации электромагнитного излучения, содержащее электрическую цепь, состоящую из источника напряжения, амперметра и приемника электромагнитного излучения с фоточувствительным полупроводниковым фоторезистором, отличающееся тем, что в объем фоторезистора введен трехмерный фотонный кристалл или фотонное стекло в виде плотно упакованных монодисперсных диэлектрических шариков, прозрачных для регистрируемого излучения, в порах между которыми присутствуют микрочастицы фоточувствительного полупроводникового фоторезистора, обеспечивающего возникновение фототока под действием регистрируемого электромагнитного излучения.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутрь фоточувствительного слоя полупроводникового фоторезистора вводятся металлические квантовые точки, приводящие к гигантскому усилению электромагнитного поля.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130298/28A RU2503089C1 (ru) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Устройство для регистрации электромагнитного излучения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012130298/28A RU2503089C1 (ru) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Устройство для регистрации электромагнитного излучения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2503089C1 true RU2503089C1 (ru) | 2013-12-27 |
Family
ID=49817822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012130298/28A RU2503089C1 (ru) | 2012-07-17 | 2012-07-17 | Устройство для регистрации электромагнитного излучения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2503089C1 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU447575A1 (ru) * | 1972-04-06 | 1974-10-25 | Предприятие П/Я А-1001 | Устройство дл регистрации освещенности |
JP2005072524A (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-17 | Institute Of Physical & Chemical Research | 光電変換素子及びこれを用いた太陽電池 |
JP2009533875A (ja) * | 2006-04-10 | 2009-09-17 | マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー | 周期性を通じた太陽電池セルの効率 |
WO2011083694A1 (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-14 | シャープ株式会社 | 光電変換素子 |
WO2011083674A1 (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-14 | シャープ株式会社 | 光電変換素子 |
WO2011161961A1 (ja) * | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | 光電変換素子 |
-
2012
- 2012-07-17 RU RU2012130298/28A patent/RU2503089C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU447575A1 (ru) * | 1972-04-06 | 1974-10-25 | Предприятие П/Я А-1001 | Устройство дл регистрации освещенности |
JP2005072524A (ja) * | 2003-08-28 | 2005-03-17 | Institute Of Physical & Chemical Research | 光電変換素子及びこれを用いた太陽電池 |
JP2009533875A (ja) * | 2006-04-10 | 2009-09-17 | マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー | 周期性を通じた太陽電池セルの効率 |
WO2011083694A1 (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-14 | シャープ株式会社 | 光電変換素子 |
WO2011083674A1 (ja) * | 2010-01-07 | 2011-07-14 | シャープ株式会社 | 光電変換素子 |
WO2011161961A1 (ja) * | 2010-06-23 | 2011-12-29 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | 光電変換素子 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zheng et al. | Vacuum-ultraviolet photon detections | |
Wright | The photomultiplier handbook | |
Turtos et al. | On the use of CdSe scintillating nanoplatelets as time taggers for high-energy gamma detection | |
Kuciauskas et al. | Minority carrier lifetime analysis in the bulk of thin-film absorbers using subbandgap (two-photon) excitation | |
US20150276947A1 (en) | Subnanosecond scintillation detector | |
Hirvonen et al. | Fast timing techniques in FLIM applications | |
KR101892694B1 (ko) | 자외선 검출기 | |
JP6735215B2 (ja) | 放射線検出器 | |
Wang et al. | Two-crossed-polarizers based optical property modulation method for ionizing radiation detection for positron emission tomography | |
US8563955B2 (en) | Passive terahertz radiation source | |
Lorenz et al. | Fast readout of plastic and crystal scintillators by avalanche photodiodes | |
Liu et al. | Thallous chalcogenide (Tl6I4Se) for radiation detection at X-ray and γ-ray energies | |
Zanazzi et al. | Proton irradiation effects on colloidal InGaP/ZnS core–shell quantum dots embedded in polydimethylsiloxane: Discriminating core from shell radiation-induced defects through time-resolved photoluminescence analysis | |
US10254479B2 (en) | Highly efficent on-chip direct electronic-plasmonic transducers | |
RU2503089C1 (ru) | Устройство для регистрации электромагнитного излучения | |
JPH07254724A (ja) | X線検出器 | |
Zázvorka et al. | Electric field response to infrared illumination in CdTe/CdZnTe detectors | |
CN207894829U (zh) | 像增强型全光固体超快成像探测器 | |
Bakhadyrkhanov et al. | Quantometers of solar IR radiation based on silicon with multicharged nanoclusters of magnesium atoms | |
Buchal et al. | Ultrafast silicon based photodetectors | |
CN110487757A (zh) | 倒像式像增强型超快成像探测器 | |
CN108254349A (zh) | 像增强型全光固体超快成像探测器 | |
Bogue | Developments in electromagnetic radiation sensing. Part one: short wavelengths | |
Jendrysik et al. | Characterization of the first prototypes of Silicon Photomultipliers with bulk-integrated quench resistor fabricated at MPI semiconductor laboratory | |
Sun et al. | Enhancement effect on photoelectric conversion efficiency of plasmon-induced terahertz photoconductive antenna |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150718 |