Дифференциальный фотоприемник с улучшенной пространственной характеристикой

Полезная модель относится к области опто- и микроэлектроники и может быть использована в приборах контроля ультрафиолетового и видимого излучений.
Известен дифференциальный фотоприемник, имеющий два фотодиода с различной спектральной чувствительностью в коротковолновой области (RU №156627, H01L 31/068, от 05.05.2015). Использование дифференциального усилителя позволяет путем вычитания сигналов снизить чувствительность в длинноволновой части спектра и сделать фотоприемник селективным.
Наиболее близким техническим решением является фотоприемник (патент US №7196311 от 27.03.2007), содержащий два фотодиода одинаковой площади, в котором каждый из фотодиодов разбит на ряд параллельно соединенных друг с другом областей, расположенных симметрично.
Недостатком известных фотоприемников является наличие паразитной чувствительности на границах диаграммы направленности в длинноволновой области спектра. Это связано со случайным затенением фоточувствительных площадок стенками корпуса фотоприемника, особенно на границах диаграммы направленности. Поскольку дифференциальный сигнал формируется вычитанием сигналов соседних фотодиодов, то неравномерное освещение площадок приводит к появлению паразитного дифференциального сигнала.
Технической задачей настоящей полезной модели является снижение неравномерности пространственной характеристики чувствительности фотоприемника в длинноволновой области спектра.
Поставленная задача решается тем, что дифференциальный фотоприемник, содержащий два встречно включенных фотодиода одинаковой площади, в котором каждый из фотодиодов разбит на ряд параллельно соединенных друг с другом областей, располагается в корпусе, имеющем входное окно с матовой поверхностью. Наличие такой поверхности приводит к снижению неравномерности освещения фоточувствительных элементов, что, в свою очередь, устраняет появление паразитного дифференциального сигнала в длинноволновой области спектра.
Сущность полезной модели поясняется изображениями.
На фиг. 1 показан ход лучей и приведена конструкция для традиционного фотоприемника, где: 1 - корпус; 2 - окно; 3 - кристалл; 4 -чувствительные элементы.
На фиг. 2 - ход лучей для предлагаемой полезной модели фотоприемника.
На фиг. 3 - диаграммы направленности основного канала и дифференциального канала известного фотоприемника для коротковолновой области (λ=0,4 мкм).
На фиг. 4 - диаграммы направленности основного канала и дифференциального канала известного фотоприемника для длинноволновой области (λ=0,62 мкм).
На фиг. 5 - диаграммы направленности основного канала и дифференциального канала предлагаемой модели фотоприемника для длинноволновой области (λ=0,62 мкм).
В корпусе 1 (фиг. 1), снабженном входным окном 2, располагается полупроводниковый кристалл 3 с набором чувствительных элементов 4. Как видно из рисунка, при больших углах засветки крайние площадки освещаются частично. В случае длинноволнового излучения, влияние которого должно устраняться вычитанием сигналов соседних площадок в дифференциальном канале, частичная засветка одной из площадок приводит к нарушению компенсации сигналов и появлению паразитной составляющей. На фиг. 2 изображена предлагаемая модель. Для снижения неравномерности освещения площадок входное окно имеет матовую поверхность, рассеивающую свет и снижающую паразитный эффект.
На фиг. 3-5 приведены результаты измерения угловой зависимости сигналов, иллюстрирующие полезность предлагаемой модели. На фиг. 3 в качестве примера приведены диаграммы направленности основного канала (вверху) и дифференциального канала (внизу) известного кремниевого фотоприемника для коротковолновой области (λ=0,4 мкм). Как видно, для этой области спектра диаграммы направленности, как основного, так и дифференциального каналов, имеют традиционный для фотоприемников вид. На фиг. 4 приведены диаграммы направленности основного канала (вверху) и дифференциального канала (внизу) известного фотоприемника для длинноволновой области (λ=0,62 мкм). Как видно, для этой области спектра диаграмма направленности дифференциального канала отличалась от традиционной и от диаграммы направленности основного канала. При отклонении от оси, начиная с углов порядка 30 градусов, наблюдался ряд паразитных максимумов. Чувствительность дифференциального канала в длинноволновой области должна отсутствовать или быть минимальной. Наличие фоточувствительности в этой области резко снижает селективность фотоприемника и является нежелательной.
На фиг. 5 приведены диаграммы направленности основного канала (вверху) и дифференциального канала (внизу) предлагаемой полезной модели для длинноволновой области (λ=0,62 мкм). Как видно, пространственное распределение чувствительности дифференциального канала для всех углов характеризовалось низким уровнем сигналов и не обнаруживало паразитных максимумов. В то же время диаграмма направленности основного канала осталась традиционной. Для коротковолновой области спектра диаграммы направленности как основного, так и дифференциального каналов, в предлагаемой полезной модели имели вид, аналогичный изображенному на фиг. 3.
Технический результат полезной модели - снижение неравномерности пространственного распределения чувствительности в длинноволновой области спектра.