SE519103C2 - Strålningspositionsdetektor - Google Patents

Description

- -._- --.. 10 15 20 25 30 35 519 103 2 mellan uppsamlingselektroder anordnade på det konduktiva skikten. Genom att mäta strömmarna i de yttre förbindel- serna mellan respektive spärrskikts elektroder kan ljus- punktens position bestämmas.

Beroende pà antalet elektroder på de konduktiva skikten och arrangemanget av dessa kan detektorn sägas ha ett antal axlar utefter vilka strömmen delar sig. För fallet med tvà elektroder sägs detektorn vara en-axlig och för fyra elektroder sägs detektorn vara tvà-axlig, etc. Det ena konduktiva skiktet kan t.ex. ha fyra elek- troder mellan vilken strömmen delar sig och det andra skitet endast en uppsamlingselektrod varvid man får en två-axlig detektor. Samma antal axlar kan också åstadkom- mas om de bàda konduktiva skikten har vardera tvà elek- troder.

De konduktiva skikten och elektroderna kan utformas godtyckligt vilket innebär att den axel utefter viken strömmen delar sig kan ha ett godtyckligt utseende och inte nödvändigtvis utgöres av en rät linje.

Tidigare anordning av detta slag är exempelvis kända fràn sökandens egen ansökan EP O 801 725. Sådana tidigare kända anordningar har dock nackdelen att känsligheten, dvs. hur stor ström som genereras av ljusfläcken och som kan dela upp sig mellan elektroderna, är begränsad av hur mànga laddningsbärarpar som genereras för varje infallan- de stràlningskvanta. Detta antal är begränsat av fysika- liska lagar. Detta leder till att en detektor av ovan- nämnda typ inte kan användas i många tillämpningar, eller att resultatet inte blir helt tillförlitligt. Exempel pà sådana situationer där de tidigare kända detektorerna vi- sat sig otillräckliga är vid mätningar utförda över lànga avstånd eller mätningar där reflexioner från ytor med làg reflektivitet användes.

Uppfinningens syfte Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en detektor av det inledningsvis nämn- lO 15 20 25 30 35 519 103 3 da slaget, som helt eller åtminstone delvis, löser pro- blemen hos den kända tekniken.

Detta syfte uppnås medelst en detektor enligt de bi- fogade patentkraven.

Sammanfattning av uppfinningen I den föreliggande uppfinningen elimineras denna nackdel hos den kända tekniken genom att en transistor- funktion tillagts i den laterala detektorn och som för- stärker den av strålningen genererade strömmen och på så sätt väsentligt ökar detektorns känslighet. Detta åstad- kommes genom att ytterligare åtminstone ett spärrskikt anordnas i den laterala detektorn enligt det föregående.

Dessa nya spärrskikt har en konduktivitetstyp som är mot- satt den ursprungliga i den punkt där skikten anbringas och är så elektriskt förspända i att de leder ström när det ursprungliga spärrskitet är elektriskt förspänt så att det spärrar för strömledning (backspänt). Dessa spärrskikt är också så anordnade att den strålningsgene- rerade strömmen förutom att passera genom de förut nämnda konduktiva skikten också måste passera genom dessa nya spärrskikt på sin väg till uppsamlingselektroderna. Den ström som uppkommer ur de av bestrålningen alstrade ladd- ningsbärarparen (basström) kommer under sin passage av spärrskikten genom transistorfunktionen att förstärkas och den förstärkta strömmen kommer på samma sätt som för- ut beskrivits att dela upp sig i de konduktiva skikten på sin väg till uppsamlingselektroderna ur vilken delning den bestràlade punktens läge kan bestämmas.

Det är vidare fördelaktigt att utforma uppsamlings- elektroden som en bas i ytterligare en transistor som åstadkommits genom introduktion av ytterligare indopade spärrskikt. Denna transistor kan utnyttjas till att yt- terligare förstärka den redan förstärkta och uppdelade, strålningsgenererade strömmen.

Spärrskikten kan antingen tillverkas genom att de- tektorplattans grundmaterial dopas med störämnen så att 10 15 20 25 30 35 519 103 4 dess konduktivitetparametrar (konduktivitetstyp och led- ningsförmàga) förändras eller genom att olika halvledar- material med olika bandgap används i de olika konduktiva skikten. Detta senare sätt med s.k. heteroövergängar kan förbättra transistorns elektriska egenskaper.

Ett stort antal utföringsformer av uppfinningen är tänkbara inom ramen för uppfinningen såsom den defineras av de efterföljande kraven, och speciellt är många olika konfigurationer av spärrskikten, de konduktiva skikten och uppsamlingselektroderna hos anordningen möjliga.

Kort beskrivning av ritningarna Nàgra utföranden skall i det följande, i exemplifie- rande syfte, närmare beskrivas med hänvisning till bifo- gade ritningar, varà: Fig. 1 är en perspektivvy av en anordning enligt ett första utförande av uppfinningen.

Fig. 2a-c är planvyer av samma utförande som i fig Fig. 3 är en perspektivvy av en anordning enligt ett andra utförande av uppfinningen.

Fig. 4a-c är planvyer av samma utförande som i fig Fig. 5 är en perspektivvy av en anordning enligt ett tredje utförande av uppfinningen.

Fig. 6a-c är planvyer av samma utförande som i fig Fig. 7a-c är planvyer av en fjärde utföringsform av uppfinningen.

Beskrivning av föredragna utföringsformer Ett första utförande av anordningen enligt uppfin- ningen, visat i fig. 1 och 2a-c, omfattar en halvledar- platta 1 av en konduktivitets typ n eller p med tvà genom dopning àstadkomna konduktiva skikt 2 och 3 på vardera sidan av plattan. Konduktivitetstypen hos de dopade omrä- dena har valts sä att de är motsatta mot den i halvledar- 10 15 20 25 30 35 519 103 - ífëišï 5 plattan. Om t.ex. plattan är av N-typ så är skiktens dop- ning av P-typ. Det omvända fallet är dock likaledes möj- ligt. På så sätt kommer de konduktiva skikten att samti- digt utgöra spårrskikt. På de konduktiva skikten är an- bringade par av elektroder 4 och 5 respektive 6 och 7.

Elektroderna bör vara anordnade parvis parallella, och där utbredningsriktningarna för de respektive paren skiljer sig, och företrädesvis är vinkelräta mot var- andra. Företrådesvis har elektroderna vidare en sådan form och är så anordnade , att de båda paren definierar vardera två varandra motstående sidor i en rätvinklig fyrkant vilken definierar två mitt emot varandra och pa- rallellt belägna delar av de konduktiva skikten.

I exemplet ovan fungerar spärrskikten 2, 3 även som de konduktiva skikt till vilka elektroderna ansluts. Det är dock även möjligt att använda separata konduktiva skikt 2b, 3b. Dessa kan exempelvis åstadkommas genom att ett skikt med en annan dopning tillhandahålls ovanpå spärrskiktet, eller att ett tunt metallskikt eller lik- nande tillhandahålls.

Ett alternativt utförande är att elektroderna 4&5 samt 6&7 alla är placerade på plattans över- eller under- sida. Den motsatta sidan har i så fall endast en uppsam- lingselektrod.

Mellan plattans framsida och baksida páföres en spänning så polariserad att framsidans spärrskikt blir backspänt och därmed baksidans spärrskikt förspänt. Dessa två spärrskikt tillsammans med halvledarmaterialet i plattan bildar nu en transistor där det förspända spärr- skiktet 3 utgör emitter, det backspända spärrskiktet 2 kollektor och plattans halvledarmaterial däremellan utgör basen l. Om denna nu bestrålas punktformigt (bestrålning- en kan t.ex. vara ljus eller annan elektromagnetisk strålning) kommer laddningsbärarpar bestående av elektro- ner och hål att bildas vid denna punkt. Det elektriska fältet över det backspända spärrskiktet kommer att skilja hålen och elektronerna åt så att den ena laddningstypen 10 15 20 25 30 35 s 19 103 - f” 6 rör sig mot plattans framsida och den andra mot plattans baksida. Om nu strömkretsen mellan fram och baksida slu- tes via de konduktiva skikten 2 & 3, elektrodparen 4&5, 6&7 och yttre elektronik (ej visad) kommer den anbringade spänningen att driva en ström genom denna yttre krets.

Genom transistorfunktionen hos de kombinerade spärrskik- ten kommer denna ström att vara en förstärkt kopia av den ursprungliga stràlningsgenererade strömmen. Ur den ström- uppdelning som sker i de konduktiva skikten kan nu den bestràlade punktens läge bestämmas.

Genom att förse basen med en elektrisk anslutning kan vidare den förstärkta strömmens storlek pâverkas me- delst en yttre spännings- eller strömkälla.

Det omvända fallet, där spärrskiktet 2 förspänns och spärrskiktet 3 backspänns är likaledes möjligt. Dock är det nödvändigt att det backspända skiktet anordnas nära den stràlningskänsliga detektorytan i de fall ädr stràl- ningen har ett litet inträngningsdjup.

Ett andra utförande av anordningen enligt uppfin- ningen, visat i fig. 3 & 4a-c, omfattar en halvledarplat- ta l av en konduktivitets typ n eller p med ett genom dopning àstadkommet konduktivt skikt 2 med en konduktivi- tetstyp motsatt den i plattans grundmaterial. Detta kon- duktivitetskikt utgör samtidigt pà samma sätt som förut beskrivits ett spärrskikt. Pà samma sätt som förut be- skrivits finns ett konduktivt skikt 3 anordnat under spärrskiktet. I detta utförande är dock konduktivitetsty- pen hos detta skikt samma som den i plattans grundmateri- al. Detta skikt kan utgöras av plattans grundmaterial. Pà samma sätt som förut beskrivits finns elektroder 4,5 och 6,7 anordnade i kontakt med de konduktiva skikten Anord- ningen enligt detta utförande omfattar vidare ytterligare spärrskikt 8 och 9, som erfordras för att åstadkomma för- stärkning, vilka är anbringade under de elektroder som anordnats i kontakt med det konduktiva skiktet 3. Dessa spärrskikt har en konduktivitetstyp motsatt den i det konduktiva skikt där de anbringas. 10 15 20 25 30 519 103 7 Alternativt, kan, enligt ett tredje utförande av uppfinningen, de ytterligare spärrskikten 8,9 anordnas under de elektroder som anordnats i kontakt med det kon- duktiva skiktet 2, såsom visas i fig. 5 och fig. 6a-c.

På samma sätt som förut beskrivits kommer den strål- ningsgenererade strömmen i dessa båda sistnämnda utföran- den att förstärkas och uppdelas varur läget av den be- strålade punkten kan bestämmas.

I figur 7 visas ett fjärde utförande där alla de konduktiva skikten kontakteras från samma sida av halvle- darplattan. På samma sätt som i det föregående utförandet kan här de framspända spärrskikten anbringas antingen un- der de elektroder som kontakterar skiktet 2 eller skiktet 3.

Detektorn enligt uppfinningen tillhandahåller en de- tektor som är mycket känsligare än tidigare kända detek- torer, och som därmed lämpar sig väl för mätningar pà långa avstånd eller mätningar på mörka ytor med låg re- flektivitet. Exempelvis lämpar sig detektorn väl för tri- anguleringssystem och liknande.

Uppfinningen har ovan beskrivits med hjälp av utfö- ringsexempel. Flera andra varianter är dock möjliga, så- som ytterligare andra placeringar av spärrskikten på det uppbärande halvledarsubstratet, anordnade av ytterligare spärrskikt, anordnande av ytterligare elektrodpar osv.

Det är även i alla utföranden av uppfinningen möjligt att antingen låta spärrskiktet fungera som konduktivt skikt eller att anordna ett separat konduktivt skikt ovanpå spärrskiktet. Sådana närliggande utföringsvarianter måste anses omfattas av uppfinningen såsom den avgränsas av de efterföljande patentkraven.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 519 103 8 PATENTKRAV

1. l. Strålningsdetektor av sådant slag som via elekt- riska signaler anger läget hos en på en i detektorn ingå- ende detektoryta (10) bestràlad punkt (ll) Iuad av' att detektorn omfattar en halvledarplatta (1) känneteck- omfattande åtminstone två spärrskikt så anordnade att när en elektrisk förspänning läggs över skikten det ena skik- tet blir backspänt och det andra förspänt och där det backspända spärrskiktets utbredning väsentligen samman- faller med detektorytan, och àtminstone två, med àtmin- stone en strömuppsamlingselektrod (4,5;6,7) försedda, konduktiva skikt (2b,3b,2,3), varvid de konduktiva skik- ten är så anordnade att en transistorförstärkning mellan det förspända och bakspända skiktet möjliggörs av från strålningen i den bestrålade punkten genererade, och av det backspända spärrskiktet åtskilda laddningsströmmar.

2. Strålningsdetektor enligt patentkrav 1,}<änJ1e- tec:kr1ad. av' att den vidare omfattar en yttre elekt- risk förbindelse, vilken är så anordnad att strömbanor skapas som förbinder det backspända spärrskiktets båda sidor och vilka strömbanor passerar de konduktiva skikten och de förspända spärrskikten på sådant sätt att transis- torförstärkning av strömmarna sker genom samverkan av de två spärrskikten och så att en resistiv strömdelning mel- lan uppsamlingselektroderna sker i det konduktiva skikten i omvänd proportion till avståndet från den punkt där strömmen genererades.

3. Anordning enligt kravet 1 eller 2, kär1net:ec}<- riad av' att det backspända spärrskiktet tillsammans med det ena med åtminstone en strömuppsamlingselektrod för- sedda konduktiva skiktet är anbringat på plattans ena sida och att det förspända spärrskiktet tillsammans med det andra med åtminstone två strömuppsamlingselektroder försedda konduktiva skiktet är anbringat under det back- spända spärrskiktet och att strömuppsamlingselektroderna 10 15 20 25 30 35 519 105 9 kontakterar detta konduktiva skikt antingen från plattans översida eller från plattans baksida.

4. Anordning enligt kravet l eller 2, käI1net:ec}ç_ Iiad av' att det backspända spärrskiktet tillsammans med det ena med åtminstone två uppsamlingselektroder försedda konduktiva skiktet är anbringat på plattans ena sida och att det förspända spärrskiktet tillsammans med det andra med åtminstone en strömuppsamlingselektrod försedda kon- duktiva skiktet är anbringat under det backspända spärr- skiktet och att strömuppsamlingselektroden kontakterar detta konduktiva skikt antingen från plattans översida eller från plattans undersida.

5. Anordning enligt kravet l eller 2, känneteck- ziad av' att det backspända spärrskiktet tillsammans med det ena med åtminstone två uppsamlingselektroder försedda konduktiva skiktet är anbringat på plattans ena sida och att det förspända spärrskiktet tillsammans med det andra med åtminstone två strömuppsamlings elektroder försedda konduktiva skiktet är anbringat under det backspända spärrskiktet och att strömuppsamlingselektroderna kontak_ terar detta konduktiva skikt antingen från plattans över- sida eller från plattans undersida.

6. Anordning enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknad av att det förspända spärrskiktet en- ligt föregående delats upp så att ett spärrskikt anbring_ ats under respektive strömuppsamlingselektrod och i kon- takt med det till det framspända spärrskiktet tillhörande konduktiva skiktet.

7. Anordning enligt något av ovanstående patentkrav, kånnetecknad av att det förspända spärrskiktet en_ ligt föregående delats upp så att ett spärrskikt anbring_ ats under respektive strömuppsamlingselektrod och i kon_ takt med det till det backspända spärrskiktet tillhörande konduktiva skiktet.

8. Anordning enligt något av ovanstående patentkrav, kännetecknad av att respektive spärrskikt åstad- kommits genom att olika halvledarmaterial sammanfogats_ 10 l5 519 103 10

9. Anordning enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v att åtminstone ett av spärrskikten är så dopat att det även fungerar som konduktivt skikt.

10. Anordning enligt något av ovanstående patent- krav, k ä nn e t e c k n a d a v att uppsamlingselektroden vidare utgör en bas i ytterligare en transistor, där den- na bas uppsamlar den tidigare förstärkta och uppdelade, stràlningsgenererade strömmen, och där till transistorn hörande emitter och kollektor företrädesvis utgörs av yt- terligare spärrskikt anordnade i halvledarplattan.