Фоторезистор на основе монокристалла CdS, функционирующий в ближней инфракрасной области спектра

Фоторезистор на основе монокристалла CdS, функционирующий в ближней инфракрасной области спектра
Полезная модель относится к оптоэлектронным устройствам и представляет собой фоторезистор на основе монокристалла CdS с высоким электрическим сопротивлением. Устройство функционирует под воздействием ближнего инфракрасного излучения. Устройство может быть использовано как управляющее устройство сложных оптоэлектронных приборов, работающих с малыми токами в ближней инфракрасной области спектра.
Известен близкий по технической сущности к предлагаемому устройству фоторезистор СФ3-8 на основе полупроводникового кристалла CdSe, который представляет собой пластину, укрепленную на диэлектрической подложке и расположенной в защитном корпусе с электрическими выводами. А.В. Павлов. Оптико-электронные приборы (Основы теории и расчета). М.: Энергия, 1974 г, с. 165.
-5
-3
Прототип фоторезистора имеет спектральный диапазон фоточувствительности в видимой и в ближней инфракрасной области спектра с длинами волн излучения от 500 до 800 нм. Этот диапазон обусловлен соответствующим положением края поглощения используемого в них полупроводника (CdSe), а также легированием его определенными атомами примеси. Прототип обладает малым временем релаксации при включении и выключении излучения (около 10-10 сек.). При освещении прототипа видимым и/или ближним инфракрасным излучением сопротивление используемого в нем полупроводника уменьшается, т.е. проявляется положительная фотопроводимость.
Недостатком прототипа является отсутствие эффекта временной задержки электрического сигнала после выключения внешнего освещения, который присутствует в предлагаемом устройстве.
Задача полезной модели заключается в снижении времени реакции фотоэлектрического сигнала на выключение освещения. Эффект временной задержки позволяет создавать элементы и приборы задержки электрического сигнала после выключения освещения без дополнительных радиоэлементов. Это связано с длительным временным процессом заполнения примесных состояний полупроводника, которое способно длиться до нескольких десятков минут.
При дополнительном освещении полупроводника CdS инфракрасным светом (спектральный диапазон длин волн 650-1100 нм) начинает проявляться отрицательная фотопроводимость. Она заключается в том, что при освещении полупроводника инфракрасным излучением его электрическое сопротивление значительно возрастает. Время повышения сопротивления, прежде чем оно достигнет уровня насыщения, составляет несколько секунд. После выключения ближнего инфракрасного излучения сопротивление полупроводника медленно понижается, достигая ее начального уровня. Такое понижение сопротивления имеет длительность в несколько десятков минут.
Технический результат проявляется при освещении устройства ближним инфракрасным светом, результатом которого будет создание внутреннего «примесного» отрицательного фотоэффекта, а также заполнение «примесных» состояний электронами с течением времени.
7
10
Задачей изобретения является создание нового образца фотосопротивления, электрическое сопротивление которого повышается при наличии инфракрасного освещения. При этом рабочий спектральный диапазон полупроводника составляет 650-1100 нм. Величина удельного сопротивления полупроводника, при отсутствии инфракрасного излучения, варьируется в диапазоне 10-10 Ом/см. При освещении устройства ближним инфракрасным излучением увеличение сопротивления может достигать более чем в 10 раз, достигая насыщения. Изменение сопротивления определяется условиями освещения и внешними факторами. Прототипов, использующих эффект отрицательной фотопроводимости, не существует.
Данный технический результат достигается созданием фоторезистора на основе монокристалла CdS, с электрическим сопротивлением, которое зависит от его облучения инфракрасным светом, состоящего из круглого, полого металлического корпуса, монокристалла CdS, наклеенного на изолирующей подложке, которая, в свою очередь, приклеивается в центре дна корпуса, из прозрачного для инфракрасного света окошка, из электрических выводов, расположенных рядом с торцевыми гранями полупроводника.
На фиг. 1 представлен чертеж фотосопротивления, вид сбоку.
На фиг. 2 представлен чертеж фотосопротивления, вид сверху.
Корпус фотосопротивления представляет собой металлический диск, диаметром около 10 мм и высотой 4 мм с полостью внутри, в которую и устанавливается рабочее тело (полупроводник, кристалл CdS) (2), имеющий форму параллелепипеда. Кристалл (2), для исключения контакта с корпусом (1) напротив окошка (4), крепится с помощью клея на изолирующую прокладку квадратной формы (3), имеющей толщину около 1 мм, которая приклеивается на дно полости металлического диска (1). Открытое отверстие диска герметично, с помощью клея, закрывается круглым стеклянным окошком (4). К кристаллу с торцевых сторон создаются омические контакты (5) с помощью In-Ga пасты. В корпусе создаются два электрических вывода (6), изолированные от общего корпуса изолятором, и, подсоединяемые к In-Ga пасте на полупроводнике с помощью гибких, тонких проводников. Выводы (6) расположены рядом с торцевыми сторонами полупроводника, на которые нанесена In-Ga паста.
Устройство работает следующим образом.
Световое излучение, пройдя сквозь окошко 4, которое пропускает излучение в спектральном диапазоне длин волн от 650 до 1100 нм (ближний инфракрасный диапазон спектра), возбуждает полупроводник 2. За счет «примесного» внутреннего фотоэффекта в полупроводнике 2 происходит заполнение глубоких «примесных» состояний акцепторного типа электронами (так называемых r-центров), вызывающие делокализацию дырок, приводящее к росту скорости рекомбинации электронно-дырочных пар и, соответственно, к росту его сопротивления (отрицательная фотопроводимость). Через определенный промежуток времени, зависящий от концентрации глубоких акцепторных центров в полупроводнике, сопротивление кристалла выходит на насыщение, т.е. становится практически неизменным.
В случае выключения инфракрасного освещения, сопротивление кристалла 2 достаточно медленно уменьшается, и, спустя определенный промежуток времени, достигнув начального уровня, становится практически неизменным. Время релаксации также определяется концентрацией собственно-дефектных состояний в полупроводнике. Времена нарастания электрического сопротивления, после начала освещения кристалла инфракрасным светом, и его падения при выключении освещения определяться условиями освещения, а также приложенным напряжением и температурой полупроводника 2.