Фотодиэлектрический чувствительный элемент для регистрации оптического излучения

Полезная модель относится к измерительной технике, и предназначена для регистрации и измерения электромагнитного излучения оптического диапазона. Полезная модель может быть использована в оптоэлектронике, приборостроении, информационно-измерительных системах.
Наиболее близким аналогом модели является конструкция по патенту Российской Федерации №2627146, МПК H01L 31/101, содержащая матричное фотоприемное устройство на основе p-i-n фотодиодов.
Недостатком прототипа является высокий темновой ток, темновой ток является основной причиной шума в фотоприборе, что ухудшает чувствительность фотоприемника. Физической причиной существования темнового тока, являются тепловые генерации электронов и дырок в р-n переходе полупроводникового прибора.
Технический результат состоит в устранении темнового тока, за счет регистрации оптического излучения, посредством изменения диэлектрической проницаемости тонкой пленки оксида цинка под действием оптического излучения.
11
Технический результат достигается тем, что фотодиэлектрический чувствительный элемент для регистрации оптического излучения, включающий оптически прозрачную подложку, согласно полезной модели чувствительный элемент содержит электроды встречно-штыревой конфигурации с расстоянием между штырями электродов 5 мкм, расположенных между прозрачной подложкой из оптического стекла марки КВ и тонкой пленкой оксида цинка с сопротивлением 10 Ом⋅см, полученной методом реактивного магнетронного распыления, с дальнейшим отжигом при температуре 500°С, на поверхности тонкой пленки оксида цинка сформированы контактные площадки для проводящих выводов.
На чертеже показан фотодиэлектрический чувствительный элемент для регистрации оптического излучения.
11
Полезная модель включает электроды 1, выполненные по встречно-штыревой конфигурации, с расстоянием между штырями электродов 5 мкм, подложки 2 из оптического стекла марки КВ, тонкой пленки 3 оксида цинка с сопротивлением 10 Ом⋅см, полученной методом реактивного магнетронного распыления, с дальнейшим отжигом при температуре 500°С, электроды 1 расположены между стеклянной подложкой 2 и тонкой пленкой 3, на поверхности тонкой пленки оксида цинка сформированы контактные площадки для проводящих выводов 4.
Принцип действия прибора основан на фотодиэлектрическом эффекте. Фотодиэлектрический эффект, это изменение низкочастотной диэлектрической проницаемости материала, обусловленное действием излучения оптического диапазона.
Детектирование и измерение оптического излучения происходит, за счет измерения диэлектрической проницаемости тонкой пленки оксида цинка, что позволяет полностью устранить темновой ток.
2
11
Образец фотодиэлектрического чувствительного элемента для регистрации оптического излучения изготовлен по следующей технологии. На подложку 2 из оптического стекла марки КВ напыляли пленку алюминия с подслоем хрома Cr-Al. Суммарная толщина металлических пленок составляла 300…400 нм. Из пленки Cr-Al формировали электроды 1 методом контактной фотолитографии, в данном случае электроды можно рассмотреть, как обкладки плоского конденсатора. Конфигурация электродов 1 выбрана в виде структуры, которая используется для возбуждения поверхностных акустических волн типа встречно-штыревого преобразователя. Расстояние между соседними штырями электродов 5 мкм. В экспериментальном образце чувствительного элемента электроды 1 располагали между стеклянной подложкой 2 и тонкой пленкой 3 оксида цинка. Затем проводили межоперационную очистку подложки для удаления загрязнений с ее поверхности. Сверху электродной структуры напыляли пленку 3 оксида цинка толщиной 1100 нм, полностью покрывающую электроды 1. Пленку ZnO напыляли методом реактивного магнетронного распыления на установке вакуумного напыления УВН-71П3, модернизированной под магнетронное распыление. Цинковую мишень напыляли смесью аргона и кислорода (60% O+ 40% Ar), при давлении рабочей смеси в вакуумной камере 1 Па и температуре подложки 120°С. С целью увеличения удельного сопротивления тонкой пленки оксида цинка отжигали при температуре 500°С. Удельное сопротивление отожженной пленки возрастает на 5-6 порядков по сравнению с неотожженной и достигает 10 Ом⋅см, что позволяет уменьшить расстояние между электродами до 5 мкм, без закорачивания электродов. На поверхности пленки 3 оксида цинка формировали контактные площадки для проводящих выводов 4 с применением растворов химических травителей.
Проводящие выводы 4 чувствительного элемента подключали к измерителю иммитанса Е7-20, (на чертеже не показано), который позволяет регистрировать изменение емкости элемента от 0,001 пФ до 1Ф на частоте 1 МГц. Изменение диэлектрической проницаемости вычислялось на основании изменения емкости. Спектральные зависимости изменения емкости фотодиэлектрического чувствительного элемента снимали при облучении его светом в диапазоне длин волн 190…1100 нм (диапазон от 190 до 395 нм - дейтериевой лампой, от 395 нм до 1100 нм - галогенной лампой). Нагрев элемента измерялся с помощью термопарного преобразователя, и находился в пределах комнатной температуры 22°С.
Детектирование и измерение оптического излучения происходит, за счет измерения диэлектрической проницаемости тонкой пленки оксида цинка, что позволяет полностью устранить темновой ток. Принцип действия прибора основан на фотодиэлектрическом эффекте. Фотодиэлектрический эффект, это изменение низкочастотной диэлектрической проницаемости материала, обусловленное действием излучения оптического диапазона.