SE526765C2 - En detektor för detektering av elektromagnetisk strålning - Google Patents

Description

526 765 Motsvarande gäller även för andra moduleringstekniker när moduleringsfrekvensen ökar.

En ökning av den aktiva ytan hos en detektor samtidigt som en kort pulssvarstid bibehålls kan trots allt vara önskvärd om en infallande ljusstràle har en utbredd eller mindre fokuserad träffpunkt, eftersom allt för många fotoner annars kan träffa utanför den aktiva ytan hos detektom. En ökning kan också vara önskvärd för att korrekt och utan måttning taï emottoch» transportera laddningar som genereras genom en intensiv i - f ' strörn-avífotoner-fränen ljuskällamed hög effekt i en miljö med hög pulsfrekvens. 10 «15 20 25 30 35 i f knit -_ , Skriften 'Theory and Design ofa Tapered Line Distributed Photodetector (Jin-Wei Shi 'andfChi-Vlšuang Sun, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol.. 20 no. 11 November 2002)' beskriver en fotodetektorsuuktur som samtidigt uppvisar en hög nivå för mâttnadsenergi och hög hastighet. Detektom som beskrivs är en fotodetektor med en distribuerad avsmalnande ledning (Tapered Line Distributed Photodetedtor, TLDP), som är en vidareutveckling av en detektortyp vilken är känd som hastighetsmatchade distribuerade fotodetektorer (Velocity-Matched Distributed Photodetectors. VMDP).

Genom att utnyttja an avsmalnande ledningsstruktur och en fasmatchning mellan optiska vågor och mikrovàgor i TLDP-strukturen är en vandringsvàgsfotodetektor mer realiserbar och en ultrahög bandbredd kan uppnås genom att ta bort den extra konstlasten som konsumerar hälften av den totala kvantumeffekten i en vanlig VMDP.

Den TLDP som visas i denna skrift tar emot en infallande ljusvåg som är huvudsakligen parallell (d.v.s. utan någon infallsvinkel) i förhållande till ytan pà den avsmalnande transmissionsledningen och utnyttjar ett flertal fotodetektorer som år distribuerade längs en optisk transmisslonslednlng. där var och en av detektorema har en liten aktiv yta där bidraget från varje detektor summeras i fas genom en elektrisk Iågförlustledning. Vidare förutsätter den TLDP som visas i detta papper att ljuset har en infallsvlnkel som år huvudsakligen parallell med transmissionsledningen, vilket implicerar att öppningen hos transmissionsledningen begränsar storteken för träffpunkten hos det infallande ljuset.

Patentet US 6,418,248 (Hays) visar en metod och en anordning för en vandringsvâgsfotodetektor med en struktur och funktion som liknar de VMDP och -A1o f15 20 25 30- 35 sas 7e5 TLDP som beskrivits ovan, där anordningen tar emot en infallande våg som är huvudsakligen parallell (d.v.s. utan någon infallsvinkel) i förhållande till ytan på den i optiska vågledaren. Ett flertal diskreta vågledarfotodetektorer tillhandahålls. Var och en av de diskreta vågledarfotodetektorema har en maximal detekterbar modulations- frekvens där var och en är sammankopplad med alla de andra. Var och en av de diskreta vàgledarfotodetektorerna ger en diskret vàgledarfotodetektorström som koherent summeras för att ge en RF utrnatningsström. Transmissionsledningar tillhandahålls för sammankoppling av var och en av de diskreta vàgledarfotodetek- i :torernaf till I en summerare. Längden för de respektive transmissionsledningama år 'anpassad så 'att 'strömvàgoma som vandrar i de respektive transmissionsledningarna ankommerjtillsummeraren i fas och summeras konstruktivt.

Sammanfattningsvis visar dokumenten ovan en teknik vari den aktiva ytan hos en l-fotodetektor: ökas » genom att utnyttja flera distribuerade mindre fotodetektorer.

Fasskillnaden hos de signaler som detekteras av varje individuell fotodetektor justeras med hjälp av en elektrisk transmissionsledning eller liknande fasjusteringsanordning så att de summeras konstruktivt vid utgången hos detektom. Dokumenten indikerar möjligen ett sätt att utan risk för mättning detektera fotoner från en högenergiljuskålla som modulerats med en hög frekvens. En eventuell anordning i linje med lösningen som år påtänkt idessa dokument skulle emellertid bli onödigt komplicerad. Wdare år dokumenten helt tysta beträffande en lösning av de problem som sammanhänger med användning av en fotodetektor med en huvudsakligen sammanhängande yta för mottagande av en infalfande ljusstràle med en utsträckt eller mindre fokuserad träffpunkt. ' Sammanfattning av ugpfinnimen De 'problem som nämns ovan löses av den föreliggande uppfinningen, vilken ^ tillhandahåller en halvledarfotodetektor för detekteríng av elektromagnetiska vågor som -' är modulerade med en hög frekvens och har en utsträckt eller mindre fokuserad träffpunkt på detektom. I synnerhet tillhandahåller uppfinningen en halvledardetektor för detektering av elektromagnetiska ljusvàgor som modulerats med en hög frekvens, där det infallande ljuset har hög energi och/eller en utsträckt eller mindre fokuserad träffpunkt. med ett tvärsnitt som år så stort som flera millimeter företrädesvis beroende på formen av den lnfallande vågen. Uttrycker "elektromagnetisk ljusvág" ska inte tolkas _10 fw 20 25 30 35 526 765 så att det endast omfattar synligt ljus. Tvärtom, den elektromagnetiska strålningen som ska detekteras kan sträckas sig från infraröd till ultraviolett strålning och möjligenännu längre i vissa tillämpningar.

Detektom innefattar en halvledarövergång som skapas av ett substrat med en i föredragna utlöringsfonner huvudsakligen platt och vidsträckt eller utsträckt yta och åtminstone ett första lager anordnad på toppen av sagda substrat. Ytterligare lager kan fordras i särskilda utföringsformer. Vidare är, åtminstone en första och en andra elektrod som är elektriskt förspända anordnade intill varandra på sagda första yta.

Elektrodema 'är separerade av en exponerad yta av det första lagret som är anordnat _ för att ta emot elektromagnetiska vågor. Halvledarövergången och elektrodema är anordnade så att de omvandlar en infallande våg av elektromagnetisk strålning som 4 tas emot av detektom- till en vandrande våg, där sagda vandrande våg utbreder sig längs den första elektroden huvudsakligen parallellt med ytan på sagda substrat i riktning mot utgången av sagda första elektrod.

Vidare, i enlighet med den föreliggande uppfinningen har en infallande våg av elektromagnetisk strålning en infallsvinkel i förhållande till ytan hos detektom. Av denna anledning år den infallande vågen inte parallell med ytan på detektom. d.v.s.. den infallande vågen år inte parallell med den ovan nämnda vandrande våg som utbreder sig längs den första elektroden l riktning mot utgången hos sagda första elektrod som är huvudsakligen parallell med ytan på sagda substrat.

Dessutom innefattar detektom åtminstone en första avsmalnande struktur anordnad på substratet. Den avsmalnade strukturen år anordnad för att sakta ned de signaler som las emot från en infallande våg av elektromagnetisk strålning vid ett givet tvärsnitt av den första elektroden jämfört med de signaler som tas emot vid varje föregående tvärsnitt av den första elektroden som år mer avlägset från utgången av sagda eleklrod. Detta reducerar eller eliminerar fasskillnaden mellan sagda mottagna signaler så att signalerna summeras konstruktivt huvudsakligen i fas vid utgången av sagda första elektrod.

Uttrycket 'på" ett lager eller liknande ska i detta dokument förstås som 'på eller ovan" det lagret. Med andra ord, uttrycket innefattar utföringsfomrer i vilka exempelvis ett eller flera ytterligare lager kan förekomma mellan substratet och det första lagret och/eller 110V I ' 15 20 25 30 519,2 mellan det första lagret och elektroderna. Uttrycket innefattar även utföringsforrner i vilka exempelvis ett eller fiera ytterligare lager kan förekomma på eller ovan elektroderna. Det innefattar också utföringsforrner i vilka exempelvis ett eller flera ytterligare lager kan förekomma under eller inuti substratet.

Kortfattad beslgrivninggv ritningama Fig. m1 visar till vänster en vy från ovan och tillhöger en sidovy bakifrån av en detektor -med 1 ett alvsmalnande första elektrod huvudsakligen omgiven av en intilliggande andra elektrod i enlighet med en första utföringsform av den ' 'i .f jföreliggande uppfinningen. aviser envy från ovan och en sidovy bakifrån av en detektor med en stegvis ~ avsmalnande. första elektrod huvudsakligen omgiven av en intilliggande andra elektrod i enlighet med en andra utföringsforrn av den föreliggande Hg. 3 Pig. 4 Fig. 5 Fig. 6A upvfinniflsen- visar till vänster en vy från ovan och till höger en sidovy bakifrån av en detektor med en avsmalnande första elektrod och en intilliggande avsmalnande andra elektrod i enlighet med en tredje utföringsforrn av den föreliggande uppflnningen. visar ett diagram som illustrerar förändringen i effektiv dielektricitetskonstant ooh förändringen i fashastighet beroende på avståndet L som tillryggalagts mellan den smala ändan av den avsmalnande första elektroden till utgången av sagda elektrod. visar ett diagram som illustrerar ökningen i löptid beroende pà avståndet L som tillryggalagts från den smala ändan av den avsmalnande första elektroden till utgången av sagda elektrod. visar till vänster en vy från ovan och till höger en sidovy bakifrån av en ~ detektor med en icke avsmalnande första elektrod omgiven av en andra elektrod, där ett avsmalnande fördröjningsnät har anordnats på sagda f, f-io -15 20 25 A30 35 ' jFig; _ detektor med en 'icke avsmalnande första elektrod omgiven av en andra Fig.' 68 526 765 elektroder i enlighet med en fjärde utföringsform av den föreliggande uppfinningen. visar en sidovy av en 'detektor med en icke avsmalnande första elektrod omgiven» av en andra elektrod, där ett avsmalnande fördröjningsnät har anordnats pà sagda elektroder i enlighet med en fjärde utföringsfomi av den föreliggande uppfinningen. till vänster. en vy _fràn ovan och till höger en sidovy bakifrån av en .där .ettgstegvist avsmalnande fördröjningsnåt har anordnats pá i Hg. va. sagda elektroder i enlighet med en femte utföringsforrn av den föreliggande uppfinningen. visar en sidovy av en detektor med en icke avsmalnande första elektrod omgiven av en andra elektrod, där ett stegvist avsmalnande fórdröjningsnät har anordnats pä sagda elektroder i enlighet med en femte utföringsform av ' den föreliggande uppfinningen.

Fig. 8 Fig. e Fig. 10 visar till vänster en vy från ovan och till hâger en sidovy bakifrån av en detektor med en avsmalnande första eiektrod och en intilliggande avsmalnande andra elektrod, där ett stegvist avsmalnande fördröjningsnät har anordnats på sagda elektroder i enlighet med en sjätte utföringsforrn av den föreliggande uppfinningen. visar till vänster en vy fràn ovan och till höger en sidovy (innefattande en lins och en spegel) av en balanserad detektor i enlighet med en sjunde utföringsforrn. med ett flertal avsmalnande första elektroder anordnade i ett huvudsakligen symmetifskt mönster kring en centrumelektrod, och ett flertal huvudsakligen rektangulära andra elektroder anordnade mellan och intill varje par av första elektroder. visar till vänster en vy från ovan och till höger en sidovy (innefattande en lins .och en spegel) av en balanserad detektor i enlighet med en åttonde utföringsfonn. med ett flertal avsmalnande första elektroder anordnade i ett ”to 1st 20 25 35 (51 iQ CA huvudsakligen symmetriskt mönster kring en centrumpunkt och ett flertal huvudsakligen rektangulära andra elektroder anordnade mellan varje par av första elektroder.

Fig. 11 visar till vänster en vy från ovan och en till höger en sídovy (innefattande en lins och en spegel) av en balanserad detektor i enlighet med en nionde utföringsform, vari ett avsmalnande fördröjningsnät har anordnats på I ' detektorn 'i enlighet med den åttonde utföringsforrn som visas i fig. 10. l-Detalierad av föredragna utiöringsforrner En första av en detektor 100 för detektering av elektromagnetisk strålning i enlighet med: denna uppfinning visas i fig. 1. Sagda detektor 100 innefattar ett substrat - 110 med en huvudsakligen 'flat och utbredd/utsträckt yta och ett lager 120 som utformats ovanpå tsubstratet 110. Det ska noteras att detektom 100 kan innefatta ytterligare lager utan att awika från uppfinningen.

Substratet 110 och lagret 120 som visas i fig. 1 kan tillverkas av Si, GeAs, SiGe eller något annat lämpligt material som används För halvledare. Valet av material beror på bârfrekvensen hos den modulerade elektromagnetiska vågen. l allmänhet år Si föredraget för optiska bärfrekvenser med en våglängd i det osynliga till nära det infraröda spektrat medan GeAs (eller SiGe) år föredraget för bärfrekvenser med en våglängd i det nåra infraröda spektrat Lagret 120 kan utfonnas på substratet 110 på välkänt sätt för att skapa en distribuerad haivledare P-N övergång, vilket i en fördragen utföringsfonn av uppfinningen gör det möjligt för subslratet 110 och lager 120 att transformera fotoner från en infallande elektromagnetisk ljusvàg 150 till laddningar, d.v.s. par av elektroner och hål. Tjockleken av lagret 120 väljs företrädesvis störreân absorptionslängden för de elektromagnetiska vågor' 150 som tas emot av materialet i lagret 120.

Det ska noteras att andra utföringsfonner av den föreliggande uppfinningen kan fordra ytterligare lager för att fonna en halvledarövergàng eller halvledarövergàngar.

Halvledarövergàngen kan exempelvis utföringsforrnas som en P-l-N, en Schottky, en metall-halvledare-rnetall eller någon annan lämplig halvledarövergàng utan att awika 010 20 25 30' från uppfinningen. Vidare, kan substratet 110 och lagret 120 och eventuella ytterligare lager, utan att awika från uppfinningen, anpassas för att transforrnera en infallande elektromagnetisk vàg 150 till laddningar även om vägen har en bärfrekvens som är under frekvensen i det traditionella synliga spektrat.

Så somvisas i fig. 1 har en första avsmalnande elektrod 130 och en intilliggande andra elektrod 140 anordnats på lagret 120 för att forma en koplanär transmissionsledning.

~ Elektrodema är anordnade som lager av exempelvis Cu, Au eller något annat lämpligt khögkonduktivt rrlietallager och' de är separerade av en aktiv exponerad yta 160 av lagret 0120 anordnadför att 'ta 'emot infallande elektromagnetiska vågor.

I en utföringsforrn är den första avsmalnande elektroden 130 ansluten till en -positiv-(negativ) potential .och den andra elektroden 140 är ansluten till en negativ , s _ _ ' (positiv)-jordpotential; vilket därmed förspänner elektrodema för att skapa ett fält mellan 15. . _ sagda elektroder-pà välkänt sätt. Emellertid kan ett lämpligt elektriskt fält skapas genom att ansluta elektrodema till andra potentialer.

Längden L för sagda första elektrod 130 kan sträckas sig från flera pm till'- flera millimeter, företrädesvis beroende pà formen hos den infallande elektromagnetiska _ vågen. Andra längder L kan fordras i andra utföringsfomrer.

Bredden för den aktiva exponerade ytan 160 av lagret 120 kan sträcka sig från fiera pm till flera millimeter, företrädesvis beroende pà fonnen hos den infallande elektro- magnetiska vågen. Andra breder kan fordras i andra utföringsfomier.

Längden L för den första elektroden 130 och bredden för den aktiva exponerade ytan 160 är valda så att de genererade laddningama (paren av elektroner och hàl) när elektroderna 130. 140 innan de rekombinerar (neutraliseras) och så att mikrovågs- signalerna från den elektromagnetiska ljusvàgen 150 som detekteras vid den smala ändan av den avsmalnande elektroden 130 (d.v.s. längst till vänster i fig. 1) ankommer till' den breda utgångsândan av elektroden 130 (d.v.s. längst till höger i fig. 1) med minsta möjliga dämpning.

Bredden av den koplanära remsan som möter den avsmalnande första elektroden 130 kan vara l intervallet 10 pm till flera hundra pm och väljs sà att de signaler som 1,1 20 25 35 526 765 detekteras vid ändan längst tiil vänster i fig. 1 ankommer till ändan längst till höger i fig. 1 med minsta möjliga dämpning. Tjockleken hos den koplanära remsan och elektro- dema 130, 140 är företrädesvis 0,1 till 10 um, även om andra tjocklekar kan föredras i vissa utföringsfonner.

Den koplanära detektom 100 som nu har beskrivits är anordnad att ta emot en modulerad elektromagnetisk ljusvåg 150 (företrädesvis modulerad med en mikrovågs- _ j frekvens), vilken inkommermed eninfallsvinkel i förhållande till ytan på detektom 100. ttrtfailsvinlterrt är företrädesvis ctrrtajso° t 4s° i förhållande tm ytan på detektorn 1oo, där det år föredraget att ytan hos 'detektom 100 är huvudsakligen parallell med den flata _ .utstracltta ytan nos substratetittp. , _ i När en inkommande elektromagnetisk ljusvàg 150 infaller på detektorn -100 kommer vågen' 150 att transformeras till laddningar (d.v.s. par av elektroner och hål) i den exponerade ytan 160 av lagret 120 och eller substratet 110 under sagda exponerade yta 160. Det elektriska fältet som orsakas av de elektriskt förspända elektrodema 130, 140 kommer då att påverka laddningama så att de förflyttar sig i lagret 120 och/etlert sagda substrat 110 som är anordnat mellan sagda elektroder 130, 140, vilket exciterar en vandrande elektromagnetisk våg på ett sätt som är välkänt inom omrâdet för koplanåra transmissionsledningar. Den vandrande mikrovägen utbreder sig från den smala ändan av den avsmalnande elektroden 130 i riktning mot den breda utgångs- ändan av elektroden 130. d.v.s. från vänster till höger i fig. 1. där vägen huvudsakligen vandrar längs elektrodema 130, 140 i lagret 120, substratet 110 och luften (och i eventuella andra lager) ovanför. Med andra ord, den vandrande vågen utbreder sig huvudsakligen längs ytan på detektom 100.

Nämnda vandrande mikrovåg saktar emellertid ned allteftersom vågen utbreder sig i riktning mot den bredare utgångsändan 132 hos den avsmalnande elektroden 130 ifig. 1, d.v.s. löptiden ökar i riktning mot' utgångsändan hos elektroden 130, så som illustreras av den heldragna linjen l fig. 5. Följaktligen reduceras fashastigheten allteftersom vågen utbreder sig i riktning mot den bredare utgàngsändan 132 hos den avsmalnande elektroden 130 lfig. 1, så som illustreras av den heldragna linjen i fig. 4.

Detta beror på det faktum att den exponerade ytan 160 hos lagret 120 blir mindre bred allt eftersom den avsmalnande elektroden 130 breddas, vilket i sin tur innebär att den vandrande vågen har mer dielektrikum i tvärsnittet att färdas i. Med andra ord den _10 15 20 azs 30 526 765 10 effektiva dielektricitetskonstanten ökar i riktning mot utgångsändan av elektroden 130, så som illustreras av den streckade linjen i fig. 4.

Följaktligen är den första elektroden 130 i den koplanära transmissionsledningen, vilken formerar detektom 100 som visas i vfig. 1, avsmalnande på så sätt att det effektiva brytningsindexet för mikrovågor i transmissionsledningen ökar i riktning mot utgången 132 “ av detektom 100. Det brytningsindexet hos transrnissionsledningen är relaterat till det tvärsnitt som formas av den första elemental rserqen- andra elektroden 140, subsrraret 110 och lagret 120. effektiva »Sagda- brytningsindex ges av: Mek; e (1) i ' där laga; den effektiva dielektricitetskonstanten för transmissionsledningen.

Så som illustreras i fig. 5 innebär detta att löptiden eller fashastigheten hos de signaler som tas emot från den vandrande vågen reduceras vid varje givet tvärsnitt av den avsmalnande elektroden 130 jämfört med fashastigheten hos de signaler som tas emot vid varje föregående tvärsnitt av sagda elektrod 130, allt eftersom vågen vandrar från den smala första ändan 131 till den breda utgàngsändan 132 av elektroden 130. En korrekt avsmalning av elektroden 130 kommer följaktligen att ha den effekten att alla signaler från sagda vandrande vàg som tas emot av den avsmalnande elektroden 130 kommer att anlända vid den breda utgàngsändan 132 av sagda elektrod 130 med ingen eller försumbar tidsskillnad, d.v.s. fasmatchade eller nästan fasmatchade. lsynnerhet är fasmatchnlngen avsevärt förbättrad jämfört med användningen av en koplanär detektor med en välkänd rektangulär elektrod eller någon annan icke avsmalnande anordning.

Fashastigheten för .signaler som erhålls från sagda vandrande mikrovàg vid ett givet tvärsnitt av den avsmalnande elektroden 130 ges av: Co VewÛf) = , (2) där co är ljushastigheten i vakuum och x är avståndet som tillryggalagts längs den avsmalnande elektroden 130. sà som illustreras l fig. 1. f i fi? i 20 25 30 35 52-26 765 11 Utöver fördelarna med fasmatchningen som beskrivits ovan kan en avsmalning av den första elektroden 130 också reducera/eliminera sådana reflexlonsvàgor som är vanliga i icke avsmalnande vandringsvàgsfotodetektorer, vilket innebär att den konstlast som används i många kända hastighetsmatchade distribuerade (Velocity-Matched Distributed Photodetectors, VMDP) kan uteslutas i enlighet med denna uppfinningi Sà långt har en-törsta utföringsforrn av en detektor 100 i enlighet med den föreliggande i. , _ uppfinningen--diskuteratsg med* 'hänvisning till fig. 1.- Uppfinningen är emellertid inte _ begränsad' till denna första utföringsfomi. Tvärtom, uppfinníngen kan implementeras i i ~ en mängd ollkaulföringsfonner.

En andra exemplifierande utföringsfonn av en detektor 200 visas i fig. 2. Den andra utföringsfonnen ârjdensamma' som den första utföringsfonnen men illustrerar att den första elektroden 230 kan ha en stegvis avsmalning eller trapetsformad avsmalning istället för en mer lriangelfonnad avsmalning så som visas i fig. 1. Det stàr således klart att sagda avsmalning kan anta ett stort antal triangelliknande former. innefattande men inte begränsat till trianglar där en av vinklama är omkring 90°. Wdare kan avsmalningen anta en konisk, trapetsformad eller stegvis form eller någon annan avsmalnende form, innefattande former som har avfasade eller rundade delar/sektioner.

En tredje exempllfierande utföringsfonn av en detektor 300 visas i fig. 3. Den tredje utförlngsfonnen är densamma som den första utföringsforrnen men illustrerar att även den andra elektroden 340 kan vara avsmalnande pà ungefär samma sätt som den första elektroden 330. I synnerhet kan den första och andra elektroden 330, 340 ha identiska eller nästan identiska forrner i ett antal utföringsforrner, även om detta inte är en förutsättning för uppfinningen. Sá som kan iakttas i tig. 3 är den första och den ' "andra elektroden 330. 340 separerade och nästan omgivna av en exponerad yta 360 av lagret 320, där den aktiva 'exponerade ytan àterfinns mellan sagda elektroder 330. 340. Detta skiljer sig från den första utföringsforrnen ienlighet med fig. 1, i vilken nära nog det motsatta förhållandet råder eftersom den andra elektroden 140 nära. nog omger den exponerade ytan 160 av lagret 120. l själva verket har den andra elektroden 140 l den första utföringsfonnen som visas ifig. 1 en utsträckt öppning in i vilken den första elektroden 130 sträcker sig. där ytan mellan elektrodema 130, 140 är upptagen 16 15 20 25 01 F.) C w. *si Gx 01 av en exponerad yta 160 av lagret 120. Följaktligen står det klart att en andra elektrod 340 som är angränsande till den första elektroden 330 kan anta en rad olika former och konfigurationer utan att avvika från uppfinningen.

»En fjärde exemplifierande utföringsform av en detektor 400 visas i fig. 6A-6B. Den fjärde utföringsformen är densamma som den första utförlngsformen som visas i fig. 1 men visar att den infallande elektromagnetiska vågen 450 kan saktas ned gradvis av ett 'avsmalnande nätverk 470, som ett altemativ eller som ett komplement till en *rïavsmalning av den första elektroden 430 som används i den första utföringsforrnen.

»Fördröjningsnätverket 470 år anordnat ovanpå elektrodema 430, 440 och detta - f finkluderarutföringsforrner i vilkaett eller flera ytterligare lager kan förekomma mellan fördröjningsnätverket 470 och elektrodema 430, 440. Fördröjningsnätverket 470 är företrädesvis gjort av glas, -plast eller liknande huvudsakligen transparent eller ' lsemitransparent material som 'gör det möjligt för »elektromagnetiska vågor 450 att passera genom nätverket 470 medviss- fördröjning.

I enlighet med den fiärde utföringsforrnen måste en infallande elektromagnetisk våg 450 färdas en viss längd Ay; i fördröjningsnätverket 470 innan vàgen 450 träffar den första och andra elektroden 430, 440, lagret 420 och substratet 410.

Under förutsättning att materialet i fördröjningsnåtverket 470 väljs så att en infallande elektromagnetisk ljusvåg färdas snabbare i mediet ovanför nätverket 470 än i materialet i fördröjnlngsnätverltet 470 kommer en infallande elektromagnetisk våg 450 att. sakta ned när den kommer in i nätverket 470, vari den fortsätter en långsammare färd genom nätverket 470.

Fördröjningsnätverket 470 är anordnat att vara avsmalnande så att tjockleken Ay, hos nätverket 470 ökar i utbredningsrikmingen för den vandrande mikrovågen, d.v.s. från vänster till höger i flg. 6A-6B, vilket motsvarar en utbredning från vänster till höger i fig. 1. Med andra ord ökar tjockleken Ay, hos nätverket 470 í riktning mot utgången 432 hos den första elektroden 430, vilken l denna fjärde utföringsform kan vara avsmalnande eller ej. ffi.1o 15 20 25 30 l~ 'r 6 765 13 5 Följaktligen kommer en infallande elektromagnetisk ljusvåg 450 att anlända tidigare till elektrodema 430. 440 vid ett tvärsnitt av fördröjningsnätverket 470 som har en tjocklek av Ayí än till varje efterföljande tvärsnitt av nätverket 470 som har en tjocklek Aym mGf.

Så som kan härledas från diskussionen avseende den första utföringsformen, för det j fall att en elektrod 430 inte är avsmalnande eller inte tillräckligt avsmalnande, mäste en signal frànen infallande elektromagnetisk ljusvåg 450 som detekteras vid ett första mer ”avlägsetjtvärsnittï av .elektroden 430 färdas under längre tid At i transmissions- ledningen innan den 'när utgången 432 hos elektroden 430 jämfört med en signal som ~ detekteras ett andra tvärsnitt vid ett avstånd Ax närmare utgången 432.

Genom» använda _ ett fördröjningsnätverk 470 i enlighet med den fiärde utföringsfonnen avderlrla uppfinning kan Iöptiden At kompenseras med hjälp av ett lämpligt val :av material och tjocklek i fördröjningsnätverket 470. Mer precist, vid ett givet material i fördröjningsnätverket 470 väljs företrädesvis tjockleken Ayi vid ett första tvärsnitt i fördröjningsnätverket på sà sätt att den större tjockleken Aym vid ett andra 'tvärsnitt som är ett avstånd Ax närmare utgången 432 hos den första elektroden 430 ger upphov till en ytterligare fördröjning At av ankomsten för den elektromagnetiska vägen som motsvarar tiden At som det tar för en detekterad signal att färdas avståndet Ax .

Följaktligen kan en första signal från en infallande elektromagnetisk våg 450 som detekteras av elektroden 430 vid ett mer avlägset tvärsnitt i hos elektroden 430 ankomma till ett närmare tvärsnitt i+ l samtidigt som en andra signal som detekteras av elektroden 430 vid sagda tvärsnitt i +1 och således summeras de nyligen detekterade signalema ifas med de tidigare detekterade. Transmissionsledningen och fördrojrllrlgsrlärverlret 476 ar konstruerade aa au detta villkor är uppfyllt för varje tvärsnitt hos elektroden 430, vilket innebär att alla signalema som detekteras längs elektroden 430 kan summeras upp i fas vid utgången 432 hos elektroden 430.

Diskussionen ska nu summeras med hjälp av formler som illustrerar de relationer som fordras för att erhålla en fördröjning/fas-matclining: 526 765 14 Utbredningshastigheten Vew för de detekterade mikrovágssignalerna i transmissions- ledningen ges av den effektiva dielektricitetskonstanten aefl hos ledningen, beroende pà dess geometri och materialparametrar.

Vw =--- (a) Löptiden för den elektromagnetiska ljusvågen i sektion i i den koplanära i i Üfltansmissionsledningen ärr» A: -i=--*.- i ^ (4) _“'»'.-,Vm- , wo 15 20 25 »Utbredningen av optiska signaleri det optiska matchnlngsnätverket är: V=ï°- of t - <5) Pl . där n år brytningskoefficienten för det optiska matchnlngsnätverket.

Fasmatchningsvillkoret för varje steg av det matchande nätverket är följaktligen givet som: Aym = NewiVo = c-:ll/Äfewi (6) där Aym är den tjocklek hos fördröjningsnätverket 470 som fordras för att åstadkomma en fasmatchning mellan en första signal, mottagen av elektroden 430 vid ett första steg i i det avsmalnande fördröjningsnätverltet 470 som har en tjocklek om Ayi. och andra signal som tas emot av eleklroden 430 vid ett andra steg i +l i det avsmalnande fördröjningsnätverket 470 som har en tjocklek om Aym och som är _ placerat närmare utgången 432 hos elektroden 430.

En femte exemplifierande utföringsforrn av en detektor 500 visas i fig. 7a-7B. Den femte utföríngsforrnen är densamma som den fjärde utföringsfonnen som visas i fig. 6A-6B men illustrerar att fördröjningsnåtverket 570 kan ha en stegvis eller trapp- liknande avsmalning istället för en mer triangelforrnad avsmalnlng så som visas i fig.

BB. Den stegvisa avsmalnlngen kan betraktas som en tillräckligt god approximation av en triangelformad avsmalnlng som visas i fig. 6A-6B. Det står följaktligen klart att 10' "w 20 25 30 526 765 15 sagda avsmalning kan anta en rad olika tnangelformer, trappliknande forrner, stegvisa former eller andra avsmalnande former, inklusive former som har avfasade eller mndade delar/sektioner.

En sjätte exemplifierande utföringsfonn av en detektor 600 visas i fig. 8. Den sjätte utföringsformen är en kombination av den tredje utföringsfonnen som visas ifig. 3 och den femte utfönngsforrnen som visas i fig. 7A-7B. Denna kombination illustrerar att “varje lämplig avsmalning av den första elektroden 630 och en motsvarande och lämplig forrn av den andra 'elektroden-MO kan kombineras med ett fördröjningsnätverk 670.

-Kombinationen kan vara fórdelaktig om en avsmalning av den första elektroden 630 eller ett fördröjningsnätverk 670 taget för var sig år otillräckliga för att sakta ned de signaler som detekteras fràn den infallande elektromagnetiska ijusvàgen 650 så att i signalema summeras i fas vid utgången av elektroden 630. i i Figurerna 9-11 visar en exernplifierande utföringsfonn av en sjunde detektor 700 och en åttonde detektor 800. l dessa tvà utfóringsfonner används en spegel eller en lins 780, 880 för att fokusera en infallande elektromagnetisk väg 750, 850 på detektorn 700, 800, företrädesvis pà den exponerade ytan 760. 860 hos detektom 700, 800.

Speglama eller linsemai780, 880 som fokuserar den 'elektromagnetiska vågen 750, 850 kan ha en sfärisk. cylindrisk fonn eller andra lämpliga former som matchar punktformen och storleken hos elektrodema 730, 830 och 740, 840 på halvledarchipet.

Användningen av speglar eller linser 780, 880 för att fokusera en infallande elektro- magnetisk n våg 750, 850 pà detektom 700, 800 är särskilt föredraget i kommunikationssystem där två enheter (t.ex. transiverltransiver eller liknande) som är anordnade pà avstånd fràn varandra kommunicerar sändare/mottagare eller med elektromagnetiska vågor, eftersom en stràle av en elektromagnetisk vàg kommer att bli utspridd allt eftersom den färdas en viss distans, vilket innebär att vågen företrädesvis ska återfokuseras före detektering.

Detektorema 700, 800 som visas i fig. 9-10 är företrädesvis implementerade i en koplanär teknik liknande den i detektorema som diskuterats tidigare i samband med den första, andra och tredje utföringsfonnema som visas i fig. 1-3. I den sjunde och åttonde utföringsformen i enlighet med fig. 9-10 finns emellertid ett flertal avsmalnande första elektroder 730, 830 anordnade i ett huvudsakligen symmetriskt mönster, där sagda mönster år ett symmetriskt linjärt mönster anordnat kring en oentrumelektrod 116- 15 20 25 30 m g '\ CN w c» en 791, 891 så som i fig. 9 och 10 och/eller ett symmetriskt mönster anordnat i ett huvudsakligen cirkelformat mönster kring en centrumpunkt 892 så som i fig. 10. Vidare finns det åtminstone en andra elektrod 740, 840 anordnad mellan och intill varje par av första elektroder 730, 830, där en exponerad yta 160 av lagret äranordnat mellan elektrodema 730, 830 och 740, 840, så att en elektrod 730, 830 separeras från en annan elektrod 740, 840. Det står klart att en utföringsforrn kan anta en mängd olika symmetriska mönster utan att awika från en balanserad detektor i enlighet med 'A uppfinningen) _' ilmoedansen av denu(i É 1) 'sektom av centrumelektroden 791 i fig. 9 ges av: ¿ lz,-,,,-= Z,-ï/3. där 1:1, i lmpedansen för. den koplanåra centrumelektroden 891 ifig. 10 ges av: '" g Z ä Z,- ln, där n ärfaliiaiet sékiófeiekifodef aso ucn i=1, 2 Detektorema 700, 800 som visas i fig. 9-10 är balanserade för att reducera 'brussignaien De detekterade nyttiga signalema är korrelerade och uppsummerade i fas, vilket ökar bandbredden och utgàngssignalen från detektom 700, 800. Eventuella brussignaler detekteras emellertid av elektrodema 7-30, 830 som är anordnade på motsatta sidor av centrumelektroden 791 ochleller centrumpunkten 892 så som ifig. 10 och de år inte korrelerade. Därför tar de delvis ut varandra.

En nionde utföringsform av en detektor 900 visas i fig. 11. Den nionde utföringsforrnen är densamma som den balanserade åttonde utföringsforrn som visas i fig. 10. I den nionde utföringsforrn har emellertid ett fördröjningsnät 970 anordnats pà elektrodema 930, 940 på ett liknande sätt som diskuterats i samband med den fjärde, femte och sjätte utföringsformema som visas ifig. 6-8. Fördröjningsnätet 970 som illustreras i fig. _ 11 är etttransparent och stegvis avsmalnande cylindriskt nät. Andra utföringsforrner kan emellertid fordra ett fördröjningsnät 970 som har någon annan form beroende på formen av elektrodema. Fonnen av ett fordröjningsnät 970 kan t.ex. vara kvadratiskt, rektangulärt, cirkulärt, ovalt, en cirkelsektor, en tnangulärt o.s.v., innefattande former som har avfasade eller rundade delar/sektioner. I 010 526 7s5i 17 Denna kombination illustrerar att en balanserad detektor A900 med en första elektrod 930 av lämplig fonn (avsmalnande eller ej) och en andra elektrod 940 med en motsvarandeoch lämplig form kan kombineras med ett fördröjningsnätverk 970. En kombination kan vara särskilt fördelaktig om en avsmalning av den första elektroden 930 eller nätverket 970 var för sig är otillräckliga för att sakta ned signalema som detekteras från den infallande elektromagnetiska vågen 950, så att signalerna summeras upp i faslvid utgången av elektroden 930. i lïïÄveni om den' föreliggande uppfinningen har beskrivits i ljuset av exemplifierande ska det klargöras att uppfinningen inte är begränsad till dessa I ._ uiiföringsfonner, »Tvårt om, uppfinningen innefattar alla tänkbara variationer, * substitulioner och förändringar som täcks av det skydd som definieras av de bifogade kraven. 1-0 15 20 18 Hånvisningsbetecknlngar 100, 200. 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 11o,a1o,41o,s1o,e1o 12o,a2o,42o,s2o.e2o 130,2ao,a3o,4ao,sso,aao,7ao,sso,9ao 1a1,231¿sa1;4a1¿sai;sa1'- 132;2s2,332,4s2,5a2,ss2 14o,240.34p,44o,s4o;§4o,74o,s4o,94o 150.250,a5o,4so,5sb,7so,aso,eso 1eu,2sd,36o,46o;5§Q;sso,750,eso,9so 47o,s1o,a1o,970 'i 1ao,aao.9ao 191,s91,991,992 a92,992 Detektor för detekteríng av elektromagnetisk strålning.

Substrat Lager Första elektrod Första ända Andra ända (utgång) Andra elektrod lnfallande våg av elektro- magnetisk strålning.

Exponerad yta Fördröjningsnätverk Lins I Spegel Centrumelektrod Centrumpunkt

Claims (2)

10 15 20 25 30 Krav

1. En detektor (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900) för detektering av elektromagnetisk strålning, innefattande en halvledare eller en halvledarövergång som formas av ett substrat (110, 310, 410, 510, 610) och ett lager (120, 320, 420, 520, 620) anordnat på sagda substrat (110, 310, 410, 510, 610), en första elektrod (130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) med en första ända (131, 231, 331, 431, 531, 631) och en andra ända (132, 232, 332, 432, 532, 632) anordnad som en utgàngsända, och en andra elektrod (140, 240, 340, 440, 540, 640, 740, 840, 940) intill sagda första elektrod (130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930), där sagda elektroder (130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930, 140, 240, 340, 440, 540, 640, 740, 840, 940) är anordnade på lagret (120, , 320, 420, 520, 620) och separerade av en exponerad area (160, 260, 360, 460, 560, 660, 760, 860, 960) av sagda lager (120, , 320, 420, 520, 620) anordnad för att ta emot elektromagnetisk strålning (150, 250, 350, 450, 550, 750, 850, 950), där mottagen strålning (150, 250, 350, 450, 550, 750, 850, 950) är omvandlad av sagda halvledarövergång och sagda elektroder (130 o.s.v., 140 o.s.v.) till en vandrande mikrovåg som utbreder sig i riktning mot utgångsändan (132, o.s.v.) kännetecknad av att sagda elektroder (130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930, 140, 240, 340, 440, 540, 640, 740, 840, 940) är anordnade huvudsakligen parallellt med ytan av sagda substrat (110, 310, 410, 510, 610) för att ta emot strålning (150, 250, 350, 450, 550, 750, 850, 950) med en infallsvinkel i förhållande till ytan av sagda substrat (110, 310, 410, 510, 610), och en avsmalnande struktur (130, 230, 330, 340, 530, 630, 640, 730, 830, 930, 470, 570, 670, 970) är anordnad på substratet (110, 310, 410, 510, 610) för att sakta ned en signal som tas emot från sagda strålning (150, 250, 350, 450, 550, 750, 850, 950) vid ett givet tvärsnitt av sagda första elektrod (130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) jämfört med signaler som tas emot vid varje föregående tvärsnitt av sagda första elektrod (130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930) som är mer avlägset från utgången (132, 232, 332, 432, 532, 632) hos elektroden (130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930), så att fasskillnaden mellan sagda mottagna signaler reduceras eller elimineras vid utgången (132, 232, 332, 432, 532, 632). 10 15 20 25 30 35 526 765 20

2. En detektor (100, 200, 300, 600, 700, 800, 900) i enlighet med krav 1 kännetecknad av att en avsmalnande struktur är formad genom avsmalning av sagda första elektrod (130, 230, 330, 630, 730, 830, 930) för att reducera fashastigheten för en signal som tas emot från sagda vandrande vág vid ett givet tvärsnitt av den avsmalnande elektroden (130, 230, 330, 630, 730, 830, 930) jämfört med fashastigheten för signaler som tas emot vid varje föregående tvärsnitt av sagda avsmalnande elektrod (130, 230, 330, 630, 730, 830, 930) som är mer avlägset fràn utgången (132, 232, 332, 632) av sagda avsmalnande elektrod (130, 230, 330, 630, 730, 830, 930) , så att fasskillnaden mellan sagda mottagna signaler reduceras eller elimineras vid sagda utgång (132, 232, 332, 432, 532, 632). 3, En detektor (100, 200, 400, 500) i enlighet med krav 1-2, kännetecknad av att sagda andra elektrod (140, 240, 440, 540) har en làngsträckt öppning inuti vilken åtminstone en första elektrod (130, 230, 430, 530) utsträcker sig, där ytan mellan sagda elektroder (130, 230, 430, 530, 140, 240, 440, 540) upptas av en exponerad yta (160, 260, 460, 560) av lagret (120, 320, 420, 520). 4, En detektor (300, 600) i enlighet med krav 1, kännetecknad av att sagda andra elektrod (340, 640) är avsmalnande. 5, En detektor (300, 600) i enlighet med krav 4, kännetecknad av att sagda första elektrod (330, 630) och sagda andra elektrod (340. 640) är separerade och huvudsakligen omgivna av en exponerad yta (360, 660) av lagret (320, 620). 6, En detektor (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900) i enlighet med krav 2-5, kännetecknad av att sagda avsmalning är en av en triangel-, steg- eller trapetsform, där sagda form kan ha avfasade eller rundade delar/sektioner. 7, En detektor (700, 800, 900) i enlighet med krav 2 och6, kännetecknad av att 10 15 20 25 30 35 5226 765 21 ett flertal elektroder (730, 830, 930) är anordnade i ett huvudsakligen symmetriskt mönster kring ett centrum (791, 891, 991, 892, 992) så att brus som detekteras av elektroderna (730, 830, 930) undertrycks eller reduceras, där åtminstone en andra elektrod (740, 840, 940) är anordnad mellan varje par av de första elektrodema (730, 830, 930) och där en exponerad yta (760, 860, 960) av sagda lager är anordnad mellan sagda elektroder (730, 830, 930, 740, 840, 940). 8, En detektor (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900) i enlighet med krav 1-7, kännetecknad av att sagda substrat (110, 310, 410, 510, 610), lager (120, 320, 420, 520, 620) och elektroder (130, 230, 330, 430, 530, 630, 730, 830, 930, 140, 240, 340, 440, 540, 640, 740, 840, 940) är anordnade som en koplanär struktur. 9, En detektor (100, 200, 300, 400, 500, 600) i enlighet med krav 1-5, kännetecknad av att sagda lager (120, 320, 420, 520, 620) är ett fotokänsligt lager. 10, En detektor (400, 500, 600, 900) i enlighet med krav 1-9, kännetecknad av att en avsmalnande struktur är fomtad av ett avsmalnande fördröjningsnätverk (470, 570, 670, 970) anordnat på sagda elektroder (430, 530, 630, 930, 440, 540, 640, 940) för att fördröja ankomsten av den mottagna strålningen (450, 550, 950) till ett givet tvärsnitt av sagda första elektrod (430, 530, 630, 930) jämfört med ankomsten till varje föregående tvärsnitt av sagda elektrod (430, 530, 630, 930) som är mer avlägset frán utgången (432, 532, 632) av sagda elektrod (430, 530, 630, 930), så att fasskillnaden mellan signalerna som tas emot av den första elektroden (430, 530, 630, 930) från sagda strålning (450, 550, 950) reduceras eller elimineras vid sagda utgång (432, 532, 632). 11, En detektor (400, 500, 600, 900) i enlighet med krav 10, kännetecknad av att sagda avsmalnande fördröjningsnàtverk (470, 570, 670, 970) är transparent eller semitransparent för den infallande strålningsvågen (450, 550, 950). 12, En detektor (400, 500, 600, 900) i enlighet med krav 10, kännetecknad av att 10 15 526 765 22 sagda avsmalnande fördröjningsnätverk (470, 570, 670, 970) är gjort av ett ämne som är transparent för den mottagna strålningen (450, 550, 950). 13, En detektor (400, 500, 600, 900) i enlighet med krav 10, kännetecknad av att: sagda avsmalning är en av en triangel-, steg- eller trapetsform, där sagda form kan ha avfasade eller rundade delar/sektioner. 14, En detektor (400, 5.00, 600, 900) i enlighet med krav 10, kännetecknad av att sagda avsmalning hos fördröjningsnätverket (470, 570, 670, 970) har ett fasmatchningsvillkor för varje steg som ges av: C AYf+1 = NewfVo = :MVM- 15, En mottagare, en sändare eller en transiver, innefattande: En detektor (100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900) i enlighet med något av de föregående kraven.