координатно-чувствительный приемник оптического излучения

Формула изобретения

Координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения, включающий стеклянную подложку, фоточувствительную АФН-пленку (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлические контакты, отличающийся тем, что координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения получен из полупроводниковых соединений в виде ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек, начиная с 1 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приемникам оптического излучения, а именно, для применения в оптоэлектронных и робототехнических устройствах для регистрации параметров оптического излучения.

Известен координатно-чувствительный датчик для регистрации параметров оптического излучения, состоящий из фотодетектора, например ПЗС-матрицы, перед которым установлен оптический элемент, коэффициент пропускания которого изменяется в зависимости от местонахождения на световом диаметре элемента [1].

Недостатком этого датчика является сложность оптической системы, низкая чувствительность и обязательное применение электропитания.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому приемнику является координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения “КЧП-1М”, состоящий из стеклянной подложки, фоточувствительной АФН-пленки (аномального фотонапряжения) из полупроводникового материала и металлических контактов [2].

Недостатком “КЧП-1М” является низкая чувствительность к координатам оптического излучения.

Задачей изобретения является создание координатно-чувствительного автономного приемника оптического излучения повышенной чувствительности.

Поставленная задача решается за счет того, что координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения, полученный из полупроводниковых соединений в виде ступенчатообразной АФН-пленки с постепенным увеличением толщины ступенек, начиная с 1 мкм.

Для получения пленок различной толщины использована вакуумная установка ВУП - 2к. В рабочей камере вакуум достигал порядка 10^-4 - 10^-5 мм рт.ст., температура подложки 310-480°С, подложку располагают под углом 45° к направлению молекулярного пучка.

В качестве подложек использовалось стекло толщиной 2 мм. Подготовленные подложки помещались в специальный держатель и на поверхность подложки устанавливалась маска из изоляционного материала (гетинакс). В рабочую камеру устанавливался микроэлектродвигатель 2 об/мин, для открытия или закрытия поверхности подложки. Открытие поверхности подложки осуществляется электродвигателем при помощи легкого термического шнурка, связанного с маской. При вращении двигателя постепенно открывается поверхность подложки. Пленки, полученные на подложке с размером 2×20 мм², ступенчатообразны. Толщина каждой ступени определялась при помощи интерференционного микроскопа МИ-4.

На фиг.1 приведено изображение аномально фотонапряженной пленки: 1 - ступенчатообразный фоточувствительный слой из кристаллического теллурида кадмия; 2 - стеклянная подложка, 3 - металлические контакты Ф₀-поток падающего направленного монохроматического излучения.

Падающий поток света Ф ₀ генерирует фотонапряжение АФН. Меняя координаты монохроматического излучения по ступенькам от 1-2,0 мкм, пропорционально уменьшается генерируемое фотонапряжение V_афн.

Проанализировав графики толщиной зависимостей можно считать, что АФН-эффект в пленках типа теллурида кадмия связан с суммированием напряжений р-п переходов, образующихся на границе гексогональной и кубических фаз. Многочисленные опыты показывают, что для пленок типа теллурида кадмия эффективная толщина чувствительного слоя составляет 1 мкм. Исследованы зависимости V_афн (В) от толщины пленки (фиг.2).

В исследованных нами термически обработанных пленках, фотонапряжение сначала возрастало (до 1 мкм толщиной), а потом с увеличением толщины уменьшалось. Монохроматическое освещение при всех измерениях поддерживалось постоянным I=10⁴ лк.

Пример 1. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 420°С в вакууме 10^-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка и сверху покрывают маской. Постепенно открывается подложка и образцы ступенек. Толщина каждой ступеньки составляет 0,8 мкм, 1,3 мкм, 1,5 мкм, 1,8 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 65 В, 32 В, 26 В, 8 В, соответственно, при I=10 ⁴ лк.

Пример 2. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 470°С в вакууме 10^-5 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, и сверху покрывают маской. Постепенно открывается подложка и образуются ступеньки. Толщина каждой ступеньки составляет 0,9 мкм, 1,4 мкм, 1,6 мкм, 1,8 мкм, 2 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 55 В, 38 В, 33 В, 26 В, 12 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

Пример 3. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 480°С в вакууме 10 ^-4 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, и сверху подготовлена маска для покрытия. Ступенчато закрывается подложка, при этом образуются ступеньки. Толщина каждой ступеньки составляет 0,9 мкм, 1 мкм, 1,3 мкм, 1,3 мкм, 1,8 мкм. Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 110 В, 86 В, 38 В, 26 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

Пример 4. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия на стеклянную подложку при температуре 480°С в вакууме 10^-4 мм рт.ст., расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, и сверху подготовлена маска для покрытия. Ступенчато закрывается подложка, при этом образуются ступеньки. Толщина каждой ступеньки составляет 1 мкм, 1,2 мкм, 1,4 мкм, 1,6 мкм, 1,8 мкм.

Величина аномального фотонапряжения по ступенькам 150 В, 96 В, 85 В, 43 В, 22 В, соответственно, при I=10⁴ лк.

В координатно-чувствительных фотогенераторах на основе пленок теллурида кадмия можно разработать координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения. Входной сигнал содержит информацию о направлении и величине смещения излучающего объекта. На основании ступенчатообразного полученного АФН-пленку по способу получения координатно-чувствительного фотогенератора изготовлен координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения.

Координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения предназначен для определения координат источника светового излучения. Входной сигнал содержит информацию о направлении и величине смещения излучающего объекта.

Литература

1. Optischer Sensor. Заявка № 19714820, Германия, МПК⁶ G 01 J 1/22, В 64 G 1/36, опуб. 15.10.1998.

2. Мирзамахмудов Т.М., Рахимов Н.Р., Гафуров У.А. Координатно-чувствительный автономный приемник оптического излучения “КЧП-1М”. М., Внешторгиздат. № 3823Т, 1991.