CC BY
98
УДК 621.382:530.93:365.2
Н.Р. Рахимов, Д.Д. Алижанов СГГ А, Новосибирск
ПРИЕМНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛЕНОК С АНОМАЛЬНЫМ ВЫСОКИМ ФОТОНАПРЯЖЕНИЕМ
В настоящей работе рассмотрены методы создания приемника оптического излучения (ПОИ) на основе АФН-пленок, с повышенной светочувствительностью и надёжностью работы. Изготовления АФН-пленок из соединенных GаР, GaAs, CdSe, CdTe, CdTe:Ag в качестве светочувствительного элемента автономного приёмника
N.R. Rakhimov, D.D. Alizhanov SSGA, Novosibirsk
OPTICAL RECEIVERS ON THE BASIS OF SEMICONDUCTOR FILMS WITH ABNORMALLY HIGH PHOTOVOLTAGE
The paper deals with the methods of creating the optical receiver on the basis of reliable films with abnormally high photovoltage and speed. The films are made of GaP, GaAs, CdSe, CdTe:Ag compounds as photosensitive elements of an autonomous receiver.
АФН-пленок (аномального высокого фотонапряжения) [1-4] представляют собой функциональный преобразователь, трансформирующий световой поток интенсивности Ф0 в аномально высокое фотонапряжение ^ФН. Соответственно принятой модели [5] эта трансформация складывается из трех этапов.
Во-первых, создания фототока 1Ф0, обусловленного фотогенерацией и пространственным разделением неравновесных носителей на каждом микро-p-n-переходе. Во-вторых, возникновения элементарных напряжений на микро-p-n-переходах в результате накопления объемных зарядов, создаваемых фототоком. В-третьих, формирования аномально большого фотонапряжения путем суммирования элементарных фотонапряжений на p-n-переходах.
В настоящие статье нами рассмотрена методы создания приемника оптического излучения (ПОИ) на основе АФН-пленок, с повышенной светочувствительностью и надёжностью работы.
В работах [1-5] получены АФН - пленок из различных полупроводниковых материалов с широкой и узкой запрещенной зоной - CdTe, Si, Ge, GaAs, GaP, Se, PbS, а также из других халькогенидных сплавов, используя метод вакуумного испарения, Однако, пленки полученные этим методом обладают низким генерируемым АФ напряжением.
Известно, что технологический режим получения АФН - пленок зависит от большого числа параметров, таких, как температура подложки и скорость испарения, угол напыления, толщина пленки, состав и давление остаточных газов в вакуумной камере, условия термической обработки пленок после напыления и т. д.
Исследованные АФН-пленки СёТе получились из порошкообразного СёТе в вакууме по оптимальной технологией при температуре подложки 200^250°С и толщине пленок в пределах 0,7^1,5 мкм.
При освещении обратной стороны АФН-пленки источником света интенсивностью -8x102 Вт/см2 генерировались АФН до 300 В/см2. Это означает, что при отражении света тоже генерируется АФН. Если покрыть обратную сторону стеклянной или кварцевой подложки отражающим покрытием Л§, величина АФН-эффекта должна измениться. Нанесение на противоположную сторону стеклянной подложки отражающего слоя из серебра производится при давлении 104 мм рт. ст. и температуре подложки 250-н500°С для того, чтобы уменьшить окисление отражающего слоя из серебра. Изготовление такой пленки осуществляется в следующей последовательности: на одну сторону стеклянной подложки, расположенной под углом 45° к направлению молекулярного пучка, при температуре 420^600°С и давлении 105 мм рт. ст. наносят слой из теллурида кадмия толщиной 0,2 мкм, затем на противоположную сторону стеклянной подложки наносят отражающий слой из серебра толщиной 1 мкм термическим испарением при температуре подложки 250^300°С и давлении 104 мм рт. ст.
На рис. 1. приведено изображение аномально фотонапряженной пленки. Падающий поток света Ф0 генерирует фотонапряжение АФН. Часть потока света Ф1, проходя через подложку, попадает на слой серебра и, отражаясь, попадает на обратную сторону пленки теллурида кадмия, в результате чего происходит дополнительное поглощение света и в связи с этим увеличивается генерируемое фотонапряжение Кдфн
Рис. 1. АФН-пленка с отражающим серебряным слоем
1 - фоточувствительный слой на СёТе; 2 - стеклянная подложка; 3 -отражающий слой из серебра; 4 - металлические контакты; Ф0 - падающий поток света; Ф1 - проходящий поток через слой СёТе; Ф2 - отражающий поток из
аБ
Прішер 1. Фоточувствительный слой наносят термическим испарением кристаллического теллурида кадмия при температуре 400°С в вакууме 104 мм рт. ст. на стеклянную подложку, расположенную под углом 45° к направлению молекулярного пучка, до толщины пленки 0,2 мкм. Затем на противоположную сторону стеклянной подложки наносят отражающий слой из серебра термическим испарением при температуре подложки 250°С и вакууме 104 мм
рт. ст. Толщина пленки должна составлять примерно 1 мкм. Величина аномального фотонапряжения в этом случае будет 215 В при освещенности 104 лк.
Корпус АФН-приёмника должен выполнять две функции. Первой функцией является герметизация АФН-пленки, т. е. светочувствительного элемента в нейтральной среде для защиты от атмосферных влияний и предотвращения нестабильности параметров прибора. Второй функцией является обеспечение освещения нужной области чувствительного элемента. Следовательно, корпус АФН-приёмника должен быть не только герметичным, но и пропускать излучения с длинами волн, лежащими в области спектральной характеристики прибора [38].
Исходя из этого, первым типом корпуса для АФН-приёмника является цельностеклянный корпус. Стеклянные корпуса издавна достаточно широко применяются для фотоприёмников, например, для фототранзисторов серии ФТ-3Г, так как они являются наиболее герметичными.
При этом технология их изготовления проста, что обеспечивает низкую стоимость. Спектральная характеристика пропускания свинцового стекла приведена на рис. 2. Как видно, оно пропускает излучение с длинами волн до 2,8 мкм. С этой точки зрения стеклянные корпуса могут быть рационально применены для АФН-приемников. Рассмотрим технологию изготовления стеклянного корпуса для АФН-приемника, который представлен на рис. 3.
Он состоит из трех частей стеклянной крышки, выводов со стеклянными бусами и чувствительного элемента.
В, ° Ь 80 60 40 20
° 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 ,,,,,
Рис. 2. Спектр пропускания свинцового стекла
Рис. 3. Внешний вид АФН-приемника
Стекло диаметром 8 мм устанавливается герметично на крышку диаметром 11,2 мм. Вторая часть корпуса изготавливается следующим образом. На медную проволоку из сплава FeNiCu диаметром 0,25 мм, выгнутую в виде буквы «Г» и покрытую бурой, надевают два кусочка трубки из свинцового стекла размером и на расстоянии согласно рис. З. Затем, на газокислородной горелке их расплавляют с целью образования двух бус, через которые проходят плотные выводы.
После изготовления бус проволока очищается от буры путем кипячения в лимонной кислоте или погружением в 25 % ной водный раствор азотной кислоты. Очищенные выводы для защиты от коррозии покрываются золотом или никелируются электролитическим способом. После обрезания до нужных размеров (42 мм) вывод готов для монтажа чувствительного элемента. Металлические контакты AФH-приёмника создаются сплавом олова с примесью 1 % сурьмы или 1 % галлия. После создания металлических контактов на наружных областях пленки она монтируется в оправке. Далее корпус герметизируется пайкой, стеклянная крышка устанавливается сверху в сухом воздухе. По этому методу изготовлен автономный приёмник оптического излучения AФ-4M [бЗ].
Основные технические данные
Чувствительность при IV = 1лк, B 5
Долговечность,ч,не менее 1GGGG
Внутреннее сопротивление, Ом 1G14
Габариты, мм 11x 11x 49
Быстродействие, с 1
Масса, г, не более 2,G
На базе описанных выше пленок из соединений GаP, GaAs, CdSe, CdTe, CdTe:Ag были изготовлены готовые AФH-приёмники. В качестве светочувствительного элемента автономного приёмника были использованы пленки размером 4x2 мм.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Рахимов, Н.Р. AФH-пленки и их применение /Н.Р. Рахимов, A.fr Серьёзнов. -Новосибирск: СибНИЛ, 2005. - 64 с.
2. Рахимов, Н.Р. Приемники оптического излучения на основе AФH-пленок / Н.Р. Рахимов, Л.К. Мамадалиева // Изв. вузов. Приборостроение. - 2GG4. - Т 47, № S. - С. 53-5б.
3. Патент РУз IAP 02610 от 25.02.2003. Способ получения фотогенераторов / Н.Р. Рахимов, A.M. Касымахунова, Ш.Ю. Усманов.
4. Фридкин, В.М. Фотосегнетоэлектрики / В.М. Фридкин. - М.: Наука, 1979.
5. Aдирович, Э.И. Фотоэлектрические явления в полупроводниках и оптоэлектроника / Э.И. Aдирович. - Ташкент: Фан, 1972.
© Н.Р. Рахимов, Д. Д. Алижанов, 2010
