|
| |
|
Слаботочка Книги  50 - Sqi,DmH.Ed. Стандартный способ изпотовле- Wo\- иия таких фоторезмсторов - тол- стопленочная технология: из смеси порошка, например CdSe с хлористым кадмием и активирующей лрисадкой СиСЬ приготавливается водно-спиртовая суспензия, которая пульверизацией на-„ носится на Керамическую (или 500 550 BDD 550 ISO я« италловую) подложку « после- Рис. 6.16. Спектральные характери- прокаливания на воздухе обра-стики фотопроводимости CdS и CdSe зует фоточувствительный СЛОЙ. толщиной 10... 15 мкм. Напылением через маску наносятся индиевые омические контакты. Типичные значения jRx/icE ... 10, при этом оба параметра могут изменяться в очень широких пределах i?cE = ... 10-Ом, а i?T= 10... 10 Ом. Инерционность переключения измеряется временами около 100 мс, а при пониженных температурах и несколькими секундами. Для некоторых других материалов (например, смесь CdSe-ZnSe) применима и тонкопленочная технология, в которой используются такие хорошо управляемые процессы, как вакуумное термическое испарение и фотолитография. При этом достигается лучшая воспроизводимость и стабильность параметров (что особенно важно для многоэлементных структур), повышается быстродействие до единиц миллисекунд. Наконец, при использовании монокристаллических полупроводников (Si, Ge GaAs и др.) применимо все многообразие технологических приемов современной микроэлектроники. Благодаря этому удается изготавливать приборы с очень малыми геометрическими размерами активных областей и, как следствие, с очень большим быстродействием. Так, в миниатюрных планарных арсенид-галлиевых фоторезисторах удалось достигнуть трел 10 с. Столь малая длительность времени релаксации обусловлена сверхвысоким уровнем инжекции (Яф>-10... 10° см"):-после выключения идет интенсивная Оже-рекомбинация, для которой СзЮ [см. формулу (6.53)]. Использование подобных фоторезисторов открывает одно из перспективных направлений пикосекундной техники. Подчеркнем, однако,, что такое быстродействие реализуется лишь при возбуждении мощными лазерными импульсами; малоинтенсивная засветка сопровождается релаксацией фотопроводимости лишь в напосекундном диапазоне.. Еще большие возможности перед фоторезисторами открывает применение сверхрешеток: на их основе могут быть получены структуры с внутренним усилением /Сп>-10 при очень низких напряжениях (t/i?<:l В), при этом эквивалентная мощность шумов в полосе Af=l Гц не более З-Ю"* Вт. Отметим в заключение, что если на одном и том же полупроводнике могут быть изготовлены и фоторезистор, и фотодиод, та Рис. 6.17. Спектральные характеристики фотоприемников на различных материалах: непрерывные линии: 7 - CdSe; 2 - CdS; 3 - SI; 4 - GaAs; 5 - Ge; 6 -PbS; 7 - InAs- S - InSb; 9 - PbSe: to - InAs; - Ge : Au; /2 - Ge : Hg; IS - CdHgTe; 14 -Ge : Cu; /5 - Ge : Zn; штриховые линии: фоновый предел при Г-ЗОО К и угле обзора 2л стерадиан для фо-тоЕольтаических и фо- торезистивньх (2) приборов  ZD к,пт при одинаковом возбуждении параметры последнего (в частности, обнаружительная способность D* (рис. 6.17) и быстродействие) оказываются заметно выше. Поэтому вытеснение фоторезисторов фотодиодами (в тех случаях, когда это технологически возможно) - одна из заметных тенденций развития оптоэлектроники Многоэлементные сканируемые фотоприемники. Наиболее перспективным, базовым фотопрйемником такого типа является кремниевый ФПЗС, в котором интегрируется фоточувствительный растр и механизм электронного самосканироваия. Это, однако, не исключает развития разновидностей приборов такого же назначения, основанных на других принципах действия. МДП-фотодиодная мишень (рис. 6.18) представляет собой многоэлементный фотоприемник, каждым элементом которого является МДП-фототранзистор с возбуждаемой истоковой областью, причем элементы объединяются либо в строку, либо в
Х-регистр Рис. 6.18. Схемы фрагментов строчной (а) и одного элемента матричной (б) МДП-фотомишени мозаику. Как правило, на том же кристалле размещаются и схемы электронного обрамления (управляющие регистры сдвига, усилители - преобразователи фотосигналов и др.). Как и ФПЗС, МДП-фотомишень является интегральным монолитным фотопри-емником со встроенным сканированием; основное отличие состоит в том, что к каждой ячейке МДП-фотомишени необходимы контакты, поэтому плотность упаковки, общее число ячеек, разрешающая способность у них хуже, чем у ФПЗС (в 4... 10 раз). Нерегулярность структуры МДП-фотомишени, симбиоз двух фактически различных элементов - р-п-фотодиода и МДП-транзистора - затрудняет переход от кремния к другим материалам. Наконец, МДП-фотомишени генерируют больший, чем ФПЗС, собственный шум. Однако МДП-фотомишени имеют и важные преимущества. Это, во-первых, большая функциональная гибкость: возможность работать как в режиме накопления, так и в режиме мгновенного действия, большой динамический диапазон, простота организации параллельной и последовательной выборки. МДП-фотомишени более однородны по чувствительности, более устойчивы к температурным и радиационным воздействиям. В них отсутствует эффект расплывания изображения (блуминг-эф-фект). Все это обусловливает развитие МДП-фотомишеней, дополнение ими ФПЗС и других твердотельных преобразователей оптических полей. По-видимому, наиболее перспективными фотомишенями с большим числом элементов разложения являются такие, в которых на одном кремниевом кристалле совмещены матрица МДП-фоточувствительных ячеек и ПЗС-регистры вертикального и горизонтального переноса. В МДП-фотоячейке чувствительным элементом является р-п-переход истока, поэтому для таких систем характерны значительный динамический диапазон (до 65 дБ) и высокая линейность. ПЗС-регистры обеспечивают высокую частоту переноса (такт~50 МГц) и малые потери (е<;5-10). Такие комбинированные фотомишени с числом ячеек около 1,5 млн будут пригодны для телекамер повышенной четкости. Сканистор (рис. 6.19) - трехслойный фоточувствительный прибор р-п-р (или п-р-п-)-типа, позволяющий осуществлять сканирование. Толщина базовой области довольно велика, так что фотоносители до нижнего р-п-перехода не доходят, т. е. в эквивалентной схеме участки р-п-р-структуры могут быть представлены в виде цепочки «фотодиод - диод считывания», причем УОф и VDc4 не взаимодействуют друг с другом. К нижнему высокоом-ному р-слою прикладывается постоянное напряжение смещения и о, а к верхнему тонкому низкоомному р-слою пилообразное напряжение t/pa3E= (/Тразв) t/o, где Гразв - ДЛИТбЛЬНОСТЬ ЦИКЛа ОП- роса. По мере повышения напряжения развертки эквипотенциальная линия, соединяющая верхнюю и нижнюю плоскости сканис-тора, перемещается слева направо, при этом диоды считывания левее этой линии открываются, а фотодиоды оказываются под обратным напряжением. Дифференцирование ступенчатого выход- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 [67] 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |
|||||||||||||||||