RU2728256C1

RU2728256C1 - Ferroelectric photodetector

Info

Publication number: RU2728256C1
Application number: RU2020109740A
Authority: RU
Inventors: Владимир Владимирович Урумов; Игорь Николаевич Гончаров; Евгений Николаевич Козырев; Александр Михайлович Кабышев
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2020-03-05
Publication date: 2020-07-28

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: invention can be used to create single- or multielement radiation detectors with photosensitive elements based on a photo-dielectric effect structure. Essence of the invention lies in the fact that the ferroelectric photodetector has a film on the substrate based on a polarized ferroelectric material, electrode coatings, wherein from the upper side of the film it is optically semitransparent, according to the invention, the film is made from a dielectric binder and barium titanate, and substrate from dielectric binder and luminophore suspension, wherein film and substrate are located between electrode coatings, and from the lower side of the substrate the electrode coating is semitransparent in the hard ultraviolet and soft x-ray spectral regions.EFFECT: technical result consists in improvement of integral sensitivity to radiation of ferroelectric photodetector.1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к фоточувствительным полупроводниковым и диэлектрическим приборам, работающим в диапазоне от инфракрасной (ИК) области спектра до жесткого ультрафиолета (УФ) и рентгеновского излучения, и оно может быть использовано при создании одно- или многоэлементных приемников излучения с фоточувствительными элементами на основе структуры с фото диэлектрическим эффектом. The invention relates to photosensitive semiconductor and dielectric devices operating in the range from infrared (IR) spectral region to hard ultraviolet (UV) and X-ray radiation, and it can be used to create single- or multi-element radiation detectors with photosensitive elements based on a structure with a photo dielectric effect.

Известен полупроводниковый датчик ультрафиолетового излучения, содержащий подложку, слой полупроводника, чувствительного к ультрафиолетовому излучению (УФИ), и электродную систему (ЭС), выполненную с образованием высокоомных параллельных участков в слое полупроводника, (см. патент RU №2155418, МПК^2000.01H01L31/06, опубл. 27.08.2000 г. ).Known is a semiconductor ultraviolet radiation sensor containing a substrate, a semiconductor layer sensitive to ultraviolet radiation (UVR), and an electrode system (ES) made with the formation of high-resistance parallel sections in the semiconductor layer (see patent RU No. 2155418, IPC ^2000.01 H01L31 / 06 , publ. 27.08.2000).

Недостатком указанного датчика является сложность изготовления и узкая зона чувствительности. Так - максимальная чувствительность датчиков находится в диапазоне длин волн λ = 235 - 240 нм, The disadvantage of this sensor is the complexity of manufacturing and a narrow sensitivity zone. So - the maximum sensitivity of the sensors is in the wavelength range λ = 235 - 240 nm,

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является сегнетоэлектрический элемент для запоминающего устройства с оптическим считыванием информации, содержащий расположенную на подложке пленку на основе поляризованного сегнетоэлектрика, электродные покрытия, причем электродное покрытие с верхней стороны пленки оптически полупрозрачно, (см. патент RU №2338284, МПК^2006.01 H01G7/06, опубл. 10.11.2008). The closest in technical essence to the claimed technical solution is a ferroelectric element for a memory device with optical information reading, containing a film located on a substrate based on a polarized ferroelectric, electrode coatings, and the electrode coating on the upper side of the film is optically semitransparent (see patent RU No. 2338284 , IPC ^2006.01 H01G7 / 06, publ. 10.11.2008).

Недостатком данного устройства является узкая зона чувствительности.The disadvantage of this device is the narrow sensitivity zone.

Технический результат заключается в повышении интегральной чувствительности к излучению сегнетоэлектрического фотоприемника. The technical result consists in increasing the integral sensitivity to radiation of the ferroelectric photodetector.

Технический результат достигается тем, что в сегнетоэлектрическом фотоприемнике, содержащем расположенную на подложке пленку на основе поляризованного сегнетоэлектрика, электродные покрытия, причем электродное покрытие с верхней стороны пленки оптически полупрозрачно, согласно изобретению, пленка выполнена из диэлектрического связующего и титаната бария, а подложка из диэлектрического связующего и суспензии люминофора, причем подложка и пленка расположены между электродными покрытиями, а с нижней стороны подложки электродное покрытие полупрозрачное в жесткой ультрафиолетовой и мягкой рентгеновской областях спектра.The technical result is achieved by the fact that in a ferroelectric photodetector containing a film located on a substrate based on a polarized ferroelectric, electrode coatings, and the electrode coating on the top side of the film is optically semitransparent, according to the invention, the film is made of a dielectric binder and barium titanate, and the substrate is made of a dielectric binder and phosphor suspensions, where the substrate and the film are located between the electrode coatings, and on the lower side of the substrate the electrode coating is semitransparent in the hard ultraviolet and soft X-ray spectral regions.

Нижняя сторона подложки электродного покрытия выполнена, например, из алюминия. The underside of the electrode coating substrate is made, for example, of aluminum.

Данная конструкция сегнетоэлектрического фотоприемника позволит значительно повысить его интегральную чувствительность к излучению. Сущность изобретения поясняется чертежом и графиками, где на фиг.1 изображен схематично сегнетоэлектрический фотоприемник, на фиг. 2- зависимость емкости от излучения при дневном освещении, площадь фоточувствительной поверхности 600 см², на фиг. 3 - график зависимости емкости от излучения при освещении светодиодной лампой с излучаемым спектром 6500 К площадь фоточувствительной поверхности 600 см², на фиг. 4 - представлен график зависимости емкости от излучения при освещении светодиодной лампой с излучаемым спектром 6500К площадь фоточувствительной поверхности 60 см².This design of the ferroelectric photodetector will significantly increase its integral sensitivity to radiation. The essence of the invention is illustrated by a drawing and graphs, where figure 1 shows schematically a ferroelectric photodetector; 2 - the dependence of the capacitance on radiation in daylight, the area of the photosensitive surface is 600 cm ² , in Fig. 3 is a graph of the dependence of the capacitance on radiation when illuminated by an LED lamp with an emitted spectrum of 6500 K, the area of the photosensitive surface is 600 cm ² , FIG. 4 is a graph of the dependence of the capacitance on radiation when illuminated by a LED lamp with an emitted spectrum of 6500K, the area of the photosensitive surface is 60 cm ² .

Сегнетоэлектрический фотоприемник состоит из пленки 1, на основе поляризованного сегнетоэлектрика, выполненной из диэлектрического связующего и титаната бария, и подложки 2, выполненной из диэлектрического связующего и суспензии люминофора, причем пленка 1 и подложка 2 расположены между электродными покрытиями 3 и 4, при этом с верхней стороны пленки 1, электродное покрытие 3 выполнено оптически полупрозрачным, а с нижней стороны подложки 2 электродное покрытие 4 выполнено полупрозрачным в жесткой ультрафиолетовой и мягкой рентгеновской областях спектра и изготовлено, например, из алюминия (см. фиг.1).The ferroelectric photodetector consists of a film 1, based on a polarized ferroelectric, made of a dielectric binder and barium titanate, and a substrate 2 made of a dielectric binder and a phosphor suspension, with the film 1 and substrate 2 located between the electrode coatings 3 and 4, with the upper on the side of the film 1, the electrode coating 3 is optically semitransparent, and on the lower side of the substrate 2, the electrode coating 4 is made semitransparent in the hard ultraviolet and soft X-ray spectral regions and is made, for example, of aluminum (see Fig. 1).

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Оптическое излучение (экспериментальные данные показаны на графиках см. фиг. 2-4), проходя через полупрозрачное электродное покрытие 3, поляризует пленку 1 из диэлектрического связующего и титаната бария, при этом меняется относительная диэлектрическая проницаемость пленки 1, а значит и электроемкость между электродными покрытиями 3 и 4 в соответствии с уравнением: Optical radiation (experimental data are shown in the graphs, see Figs. 2-4), passing through the semitransparent electrode coating 3, polarizes the film 1 of a dielectric binder and barium titanate, while the relative dielectric constant of the film 1 changes, and hence the electrical capacity between the electrode coatings 3 and 4 according to the equation:

(1),

где С - емкость плоского конденсатора, Ф;where C is the capacity of a flat capacitor, F;

ε ₀- электрическая постоянная, Ф·м⁻¹; ε ₀ - electrical constant, F · m ⁻¹ ;

ε - относительная диэлектрическая проницаемость слоя Ф·м⁻¹; ε is the relative dielectric constant of the layer f · m ⁻¹ ;

S - площадь пластин конденсатора, м²; S is the area of the capacitor plates, m ² ;

d - расстояние между пластинами, м. d - distance between plates, m.

Коротковолновое ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, проходя через алюминиевое электродное покрытие 3, поглощаются подложкой 2, из диэлектрического связующего и суспензии люминофора, конвертируются в оптическое излучение (зелёный или синий свет в зависимости от люминофора), и затем попадают на пленку 1 и изменяют относительную диэлектрическую проницаемость (согласно формулы 1).Short-wave ultraviolet and X-rays, passing through the aluminum electrode coating 3, are absorbed by the substrate 2, from a dielectric binder and a phosphor suspension, converted into optical radiation (green or blue light, depending on the phosphor), and then fall on the film 1 and change the relative permittivity (according to formula 1).

Часть генерируемого света направлена в обратную сторону - к алюминиевому электродному покрытию 4, отразится от него и, пройдя через подложку 2, воздействует на пленку 1, тем самым, повышая чувствительность сегнетоэлектрического фотоприемника. Part of the generated light is directed in the opposite direction - to the aluminum electrode coating 4, will be reflected from it and, having passed through the substrate 2, affects the film 1, thereby increasing the sensitivity of the ferroelectric photodetector.

Использование предлагаемого сегнетоэлектрического фотоприемника позволит по сравнению с прототипом повысить интегральную чувствительность к излучению.The use of the proposed ferroelectric photodetector will allow, in comparison with the prototype, to increase the integral sensitivity to radiation.

Claims

1. A ferroelectric photodetector containing a film located on a substrate based on a polarized ferroelectric, electrode coatings, the electrode coating on the upper side of the film being optically semitransparent, characterized in that the film is made of a dielectric binder and barium titanate, and the substrate is made of a dielectric binder and a phosphor suspension, moreover, the substrate and the film are located between the electrode coatings, and on the lower side of the substrate, the electrode coating is semitransparent in the hard ultraviolet and soft X-ray spectral regions.

2. The photodetector according to claim 1, characterized in that the lower side of the electrode coating substrate is made, for example, of aluminum.