Координатно-чувствительные фотоприемники на основе полупроводниковых слоев NCdTe:In

7 — диэлектрическая подложка (AlsO})

На рис. 7 представлена диаграмма зависимости выходного сигнала U₁₃ от координат пятна засветки (х, у) 5-контактного ПЧФ на основе слоя nCdTedn/А1₂О₃. В точках с координатой х = 0 выходной сигнал был равен нулю для всех значений у. В I и IV четвертях выходной сигнал U₁₃ положителен, а во второй и третьей — отрицателен. Знак сигнала определялся направлением тока, в исследованиях 5-кон-тактных ПЧФ направление тока сохранялось постоянным, от контакта 2 к 5. Ток через образец составлял / = 250 мкА. Диаграмма зависимости сигнала U_И от положения пятна засветки симметрична относительно оси х. На ней наблюдаются максимум и минимум, расположенные на оси х. Максимальное значение выходного сигнала составляет U ₃= 3,5 В и соответствует засветке точки фотоприемного элемента с координатами (6; 0) мм. Минимальное значение составляет U^ - -3,7 В и соответствует засветке точки с координатами (—5,5; 0) мм. Область линейной зависимости сигнала 17₁₃ от координат засветки ограничена окружностью радиусом г = 2,5 мм с центром, совпадающим с центром приемного элемента.

Экспериментальная зависимость выходного напряжения U[3 от координат х и у 5-контактного ПЧФ на основе слоя nCdTeJn /АЦО2 толщиной 30 мкм для / = 250 мкА

Диаграмма зависимости выходного сигнала U^ от координат локальной засветки приемного элемента на основе слоя nCdTeJn представлена на рис. 8. Выходной сигнал был равен нулю при засветке точек приемного элемента, расположенных на оси х. Он имел положительное значение в первой и во второй четвертях и отрицательное — в третьей и четвертой. Диаграмма сигнала O^U; у) не столь симметрична, как t/_|3(x; у). Можно отметить ли-нию симметрии, проходящую через ось у. На диаграмме зависимости максимум и минимум выражены не так сильно, как на диаграмме U^x; у) (рис. 7). Максимальное значение U^x; у) = 4,5 В соответствует засветке точки с координатами (0; 6) мм. Минимальное значение, равное U^x; у) - -4,8 В, соответствует засветке точки с координатами (0; -6,2) мм. Область линейности сигнала U_M(x; у) уже, чем сигнала U ₃(х; у). Она ограничена окружностью радиусом г - 2 мм, центр которой также совпадает с центром приемного элемента

— 0,88 В/мм и

Рисунок 8

Экспериментальная зависимость выходного напряжения U3< от координат х и у 5-контактного ПЧФ на основе слоя nCdTeHn /А12О3 толщиной 30 мкм для / = 250 мкА

На рис. 9 представлена зависимость выходного напряжения Ul3 от координаты х пятна засветки при у = 0. Она линейно изменяется в интервале х = (-4,8; 4,2) мм. Область линейности напряжения 1/]3(х) шире предсказанной теорией на 24 % (ср. рис. 9 и рис. 4). Наклон кривой t/13(x) в области линейности ™^ = 0,72 В/мм . Область линейности сигна-Дх ла Uu с удалением от оси х сужается и составляет х = (-1,5; 2) мм при зондировании вдоль прямой у = 2 мм (см. рис. 7). Выходной сигнал меняет знак при переходе через нулевое значение координаты.

' Рисунок 9

Зависимость выходного напряжения Uj3 5-контактного ПЧФ nCdTe:In/А12О2 от координаты х светового пятна (Y = 0, I - 250 мкА)

в

Напряжение V₃₄ линейно изменяется интервале у = (-2; 2,2) мм (рис. 10).

Наклон кривой UM(y) в этой области f ди

— 0,5 В/мм . Однако в отличие от тео- ретически рассчитанной зависимости (рис. 5) в I и IV четвертях существуют по две области линейности сигнала, разделенные узкими участками. Наклон зависимости U^y) в интервалах у = (-6,2; -2) мм и у = (2, 8; 5, 6) мм составляет соответственно:

' ди

Дх

= 0,96 В/мм

Область линейности, определенная экспериментально с использованием фотоприемников nCdTeJn, существенно шире предсказанной теорией. Выходной сигнал меняет знак с переходом через нулевое значение координаты.

Рисунок 10

Зависимость выходного напряжения U 5-контактного ПЧФ на основе слоя пСдТе:$п/А1гО3 от координаты у светового пятна (х=0, 1=250 мкА)

Рисунок 11

Зависимость удельной координатной чувствительности 5-контактного ПЧФ на основе слоя nCdTe.in, полученного при Т_И = 550^й С и Т„ = 530° С, от температуры Т_я испарения легируюцей примеси In

Симметричность трехмерных диаграмм V^x\ у) и U_MU; у) и смена знака при переходе из одной полуплоскости в другую позволяет однозначно определять положение пятна засветки. Функция П₁₃(х:; у) является линейной в области 0 < г < О,ЗЗА, a U₃^x; у) — в области 0 < г < 0,26А. Таким образом, анализ экспериментальных результатов позволяет заключить, что выходные напряжения У₁₃ и U_M однозначно характеризуют положение пятна засветки в области 0 < г < 0,2бА.

Измерения показали, что удельная координатная чувствительность 5 -контактных ПЧФ на основе слоев nCdTe:In, определяемая как выходное напряжение, отнесенное к смешению светового зонда, току через образец и мощности падающего излучения, равна 15,5 мВ/ мм-мкА-мВт. Она линейно уменьшается с увеличением уровня легирования (рис. 11). Исходя из этого для создания приемных элементов ПЧФ целесообразно применять слои nCdTe:In с невысоким уровнем легирования. Однако, используя высокоомные слои, нельзя получить большие значения тока через приемный элемент, определяющие величину выход-^ГЫУ ЧЯППЯЖРНИИ /7 И II R ГВЯ^И Г ЭТИМ ГГ.ПЯ "™"г „™,г - 13 ' 34т              - г - изготовления приемных элементов ПЧФ использовались слои nCdTe:In, обладающие оптимальными значениями удельного сопротивления с точки зрения чувствительности и величины выходных напряжений, их сопротивление при комнатной температуре составляет КУ — 10s Ом ■ см.

Сравнение чувствительности 5-контактных ПЧФ nCdTe:In/А1₂ОЗ с другими типами ПЧФ затруднено вследствие различия их принципов работы. В работе |6j сообщается о чувствительности ПЧФ на основе продольного фотоэффекта, равной 300 мВ/мм-мВт. При пропускании тока в 20 мкА такую чувствительность можно получить на исследуемых фотоприемниках nCdTe:In/Al₂O₃.

На рис. 12 приведена экспериментально измеренная зависимость выходного напряжения У_|Э от тока через приемный элемент ПЧФ для координат засветки % = 3 мм, у = 0. Представленная зависимость U = / (/) является линейной, как и предсказывалось теорией. Также линейно с током через образец возрастает напряжение (рис. 13).

Рисунок /2

Зависимость выходного напряжения U от величины тока через 5-контактный ПЧФ на основе слоев nCdTeJn/А1,О3 для координат светового пятна х = 3 мм (у - 0)

Рисунок. 13

Зависимость выходного напряжения U34 от величины тока через 5-контактный

ПЧФ на основе слоев nCdTeJn/А12О3 для координаты светового пятна х = 3 мм (у = 0)

Линейная зависимость выходных сигналов 5 -контактных ПЧФ на основе слоев nCdTe:In от координат и интенсивности светового зонда, а также от величины протекающего через фотоприемник электрического тока наделяет их свойствами, необходимыми для датчиков световых сигналов.

Выводы таковы:

• 1.    Результаты экспериментального исследования 5 -контактных ПЧФ, изготовленных на основе толстых слоев n€dTe:In, показывают, что выходной сигнал, снимаемый с контактов, расположенных па липни, параллельной оси у, из меняется линейно в области координат оптического зонда X/R - (-0,75 * 0,75). Зависимость этого сигнала от координат локальной засветки является симметричной функцией относительно оси у, меняя знак при смене ее направления на противоположное. Область линейного изменения выходного сигнала с координатой локальной засветки представляет собой

• 2.    Выходной сигнал 5 -контактных ПЧФ на основе слоев nCdTe:In, снимаемый с контактов, расположенных на линии фотоприемника перпендикулярной оси у, линейно изменяется в области координат X/ R = (—0,56 0,56) с инверсионным центром в точке X/ R = 0. Зависимость выходного сигнала от координат локальной засветки симметрична относительно оси х, меняя знак при смене направления координаты х на противоположное. Область его линейного изменения с координатой локальной засветки представляет собой круг с центром приемного элемента и радиусом rj R = 0,33.

• 3.    Величина выходных сигналов пяти контактных ПЧФ на основе слоев nCdTe:In линейно возрастает с ростом тока и интенсивностью локальной засветки фотоприемных элементов, что согласуется с теоретическими расчетами. Однако эксперементальная область линейной зависимости выходных сигналов от координат локальной засветки шире теоретически рассчитанной величины на 10 — 13 %. Удельная координатная чувствительность 5-кон-тактных ПЧФ, изготовленных на основе слоев nCdTe:In, полученных в оптимальных технологических условиях, составляет величину 15,5 мВ/мм-мкА-мВт.

• 4.    Данные экспериментального исследования 5-контактных ПЧФ на основе полученных в оптимальных технологических условиях слоев nCdTedn свидетельствуют о том, что они могут использоваться как двухкоординатные датчики линейных смещений светоизлучающих объектов в области фотоприемного элемента радиусом rjR = 0,26, а как однокоординатные датчики линейных смещений светоизлучающих объектов — в области координат светового зонда Y/R v (-0,75 0,75).

круг с центром приемного фотоэлемента и радиусом rj R = 0,26.

Лослфдяда J4.O3.O7,