Устройство для измерения интенсивности световых потоков

 

УСтеОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТОВЫХ ПОТОКОВ, 00держсикее МДП-структуру, работгисацую в режима лавинного размножения, и подключенные к ней источник импульсного натфяжения и измеритель амплитуды импульсного тока, о т ли ч аю щ е е с я тем, что, с целью измерения интенсивности стационарных световых потоков, в него заведены линия задержки и источник иктульсного света с энергией фотонов, превышающей ширину запрещаИной зоны полупроводника , оптически связанный с I МДП-структурой и злектрически соедиHeHHiffl через линию задержки с источником импульсного напряжения.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ и aemwwaw сюЧВ ЮФАНУ

ГЮСЗЩ М СТЕННЫЙ - КОМИТЕТ СССР

М4Ф Ю (21 ) 3391962/18-25 (22) 28.01.82 (46) 07,06.83. Ввл. Ю 21 (72) R. П. Аннаоравов, А. В. Kpasченко, А. Ф. Плотников, Ю. И. Попов и В» Э, Юубин (71) Ордена Ленина 4иэический инсти- тут we. H." Н. Лебедева (53). 621 ° 383(088. 8). (56) 1. Патент Великобритании: и 1175404, кл. H 1 Х, опублик. 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

В 608383 кл Н 01 L 31/00, 1978 (прототий). (54) (57) УСТРОВСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНЯЯ

ИНТЕНСИВНОСТ 4 СВЕТОВЫХ HOTQKOB со» держащее ИДН- структуру, работ авщув в режиме лавинного размножения, и подклвченные к ней источник ймпульсного напряжения и измеритель амплитуды импульсного тока, о т л и ч ав щ е е с я тем, что, с целью измерения интенсивности стационарных световых потоков, в него введены линия задержки и источник импульсного света с энергией фотонов, превышавщейшнрину запрещенной эоны полу= проводника, оптически связанный с ИДП-структурой.и электрически соединенный через линию задержки с источником импульсного напряжения.

1021957

Изобретение относится к фотометрии и предназначено ддя измерения интенсивности стационарных световых потоков в различных областях оптоэлектроники.

Известно устройство, содержащее

ИДП-структуру и источник напряжения.

Источник напряжения подключается к структуре металл-диэлектрик-полупроводник (МДП), работающей э режиме инициируемого светом процесса лавин- 10 ного размножения носителей заряда, протекающего в приповерхностной области полупроводника $1J .

Обедняющее приповерхноствую обJlBcTb полупроводника основными 15 носителями заряда напряжение источ- ника, диэлектрик и полупроводник выбирают таким образом, что напряженность электрического поля на гравице раздела полупроводник-диэлектрик выше напряженности электрического поля в диэлектрике и равна или чуть выше напряженвости поля пробоя полупроводника за счет лавинного процесса размножения носителей заряда. Падающий свет инициирует лавин25 ный пробой в приповерхностной области полупроводника, что вызывает осцилляции в электрической цепи. Указанным образом осуществляется обнаружение импульсного света малой интенсивности. Однако, если структура освещается стационарным потоком света, упомянутые осцилляции в электрической цепи становятся быстро заВ тухающими вследствие затухания ла-винного процесса за счет экранирования сильного электрического поля в большей части, области пространственного заряда образующимся инверсионным слоем неосновных носителей заря- 40 да, что приводит к уменьшению вероятности ионизационвых столкновений рождающихся светом носителей заряда.

Таким образом, устройство не позволяет измерить интенсивность стаци- 45 онарного светового потока.

Наиболее близким к изобретению являешься устройство для измерения интенсивности световых потоков, содержащее МДП-структуру, работающую в режиме лавинного размножения, и подключенные к ней источник импульсного напряжения и .измеритель амплитуды импульсного тока.

Для обеспечения самостабилизированного процесса лавинного размноже55 ния носителей заряда в области пространственного заряда полупроводника, при котором коэффициент внутреннего усиления не зависит от напряжения питания, на МДП-структуру подают импульс линейно-нарастающегб напряжения с крутизной не менее 10+ B/с длительностью, меньшей времени образования равновесного слоя веосновных носителей на границе раздела полу- 65 проводник-диэлектрик, и полярностью, соответствующей обеднению приповерхностной области полупроводника основными носителями, Подающий на структуру импульс света возбуждает в области лавинного размножения электронно-дырочные пары, которые, разделяясь и размножаясь в электрическом поле этой области, создают импульс фототока, амплитуда которого измеряется на сопротивлении нагрузки (2 .

Недостатком известного устройства является невозможность измерения интенсивности стационарных световых потоков, Самостабилизация лавинного процесса в МДП-структуре приводит к тому, что импульс фототока возникает либо в случае освещения ее коротким световым импульсом, либо в.моменты включения и выключения длинного светового импульса. Освещение структуры стационарным световым потоком не выэыэает изменения тока, протекающего во внешней цепи, который определяется.исключительно параметрами структуры и питающего напряжения.

Цель изобретения — измерение интенсивности стационарных световых потоков.

Поставленная цель достигается тем., что в устройство для измерения интенсивности светоэых потоков, содержащее МДП-структуру, работающую в режиме лавинного размножения, и подключенные к вей источник импуль- . сного напряжения и измеритель амплитуды импульсного тока, введены линия задержки и и гочник импульсного света с энергией фотонов, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводника, оптически связанный с МДПструктурой и электрически соединенный через линию задержки с источником импульсного напряжения.

На чертеже представ)тена блок-схема устройства. устройство содержит МДП-структуру i, источник 2 импульсного напряжения, источник 3 импульсного света, линию 4 задержки и измеритель 5 амплитуды импульсного тока. МДП-структура 1 соединена последовательно с источником 2 импульсного напряжения, с которым соединен источник 3 импульсного света через линию 4 задержки. Измеритель 5 амплитуды импульсного тока соединен с МДП-структурой 1. устройство работает следующим образом. ,Напряжение, подаваемое на МДПструктуру 1 от источника 2 импульсного напряжения с определенного момента времени создает в приповерхностной области полупроводника МДПструктуры электрическое пале, достаточное для протекания процесса лавинного размножения носителей заряда, 10219557

Составитель А. Чурбаков

Редактор Н. Бобкова Техред N.Tenep

Корректор M. Иароши

Заказ 4025/31 Тираж 873

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, _#_-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

При этом коэффициент размножения носителей заряда определяется уровнем освещенности МДП-структуры излучением источника измеряемого стационарного светового потока и составляет величину М. Это объясняется тем, что генерируемые светом неосновные носители, накапливающиеся на границе раздела полупроводник-диэлектрик, в той или иной степени в зависимости от интенсивности стаl ционарного светового потока экранируют электрическое поле в области пространственного заряда полупроводника, и, поскольку величина М сильно зависит от величины электрического поля, большей интенсивности света, а следовательно, большему уровню генерации неосновных носителей, соответствует меньшее значение величины N.

Включение источника 3 импульсного света осуществляется через линию

4 задержки синхроимпульсом от источника 2 импульсного напряжения, что . позволяет освещать МДП-структуру импульсами света в промежутки времени, характеризующиеся состоянием лавинного процесса в приповерхностной области полупроводника. Электронно-дырочные пары, возбуждаемые импульсом света в этой области, размножаются именно с коэффициентом М.

В результате в электрической цепи протекает импульс фототока, амплитуда которого регистрируется измерителем:5 амплитуды импульсного тока и однозначно определяется интенсивностью.измеряемого стационарного све- тового потока, причем большей интенсивности стационарного светового потока соответствует меньшая амплитуда импульса фототока, и при соответствующей калибровке устройства. измерение амплитуды импульса фототока измерителем 5 амплитуды импульсного тока приводит к однозначному измерению интенсивности стационарного светового потока.

Предлагаемое устройство для измерения интенсивности стационарных световых потоков обеспечивает при использовании структуры полупрозрач.1 ный никель - термическая двуокись кремния толщи1 ой 1000 А - подложка кремния марки КДБ-1 измерение интенсивностей стационарных световых потоков в диапазоне от примерно

10 " до 10 Вт. При этом отношение сигнала к шуму при любой измеряемой интенсивности стационарного свето10 вого потока иэ указанного диапазона можно выбрать за счет выбора мощности импульса света от-источника импульсного света (для данного случая значение величины этой мощности можно выбрать в пределах от 10 до

10 Вт), за счет низкого уровня шумов лавинного процесса и высоких коэффициентов размножения носителей в МДП-структуре таким, что для измерения амплитуды импульса фототока не требуется. никаких каскадов усиления.

Это ведет к существенному упрощению и удешевлению устройства по сравнению с другими устройствами для измерения интенсивности стационарных световых потоков, в которых зачастую требуется дополнительная модуляция измеряемого светового потока, селекция основной частоты моЗО дуляции и многокаскадное усиление выходного сигнала для измерения ин тенсивности стационарных световых потоков в укаэанном диапазоне, Кроме этого, технология изготовления

Ç5 матриц МДП-структур поэволяет получать стабильность свойств элементов матрицы, работающих в режиме лавинного размножения носителей заряда по напряжению питания и температуре

gQ при переходе от одного элемента к другому, что можно использовать для измерения распределения интенсивности в пространственно неоднородных стационарных световых потоках и для формирования иэображения.

Изобретение позволяет наряду со стационарными световыми потоками регистрировать импульсные световые потоки.