Аморфные полупроводники и приборы на их основе - Хамакава Й.
Скачать (прямая ссылка):
Комия и др. разработали матричную схему для уменьшения числа переключающих элементов и внешних выводов, как показано на рис. 7.1.2. К каждому фогопроводящему элементу последовательно подсоединялся блокирующий диод, отсекавший обратный ток утечки от других сенсорных блоков. В каждом сенсорном блоке имелось несколько фогопроводящих элементов, к которым подводились общий и индивидуальные контакты. Считывание или адресация сигналов осуществлялась выбором соответствующей системы общих и индивидуальных электродов.
Пленки CdS химически осаждались на стеклянную подложку. Слой CdSe напылялся в вакууме на слой CdS. Композиционная пленка спе-
Рис. 7.1.2. Принципиальная схема фотодатчика контактного типа с матричным включением:
1 - блокирующий диод; 2 - общий контакт; 3 - индивидуальный контакт; 4 -фотопроводник
Таблица 7.1.2. Основные характеристики устройств контактного типа, формирующих изображении [5]
Параметр Характеристики Примечание
Фотоэлектрический материал CdS-CdSe
Число элементов 2048 Активная длина 265 мм
Плотность элементов, элемент/мм 8
Чувствительность, мкА/лк 0,1 Приложенное напряжение 10 В
Спектральная характеристика, нм 560 Длина волны максимума
Неоднородность, % ± 10 10* : 1 (статическое)
Отношение сигнала к шуму > 100 : 1
Быстрота фотоотклика, мс 8 Импульс света 0 —> 1001 X
X время нарастания
Быстрота фотоотклнка напряже- 2,5 Рабочая частота 400 кГц
ния, мкс
калась при 500—600 °С и образовывался твердый раствор CdS—CdSe. Между пленкой этого твердого раствора и Те-контакгом формировался блокирующий диод. Характеристики этого 2048-элеменгного фото-датчика приведены в табл. 7.1.2.
Работа в запоминающем и незапоминающем режимах
Фотодатчики могут работать в двух режимах фотопроводимости: запоминающем и незапоминающем. Датчики, изготовленные фирмами LEP и "Matsushita" совместно с Японской гелефоно-гелеграфной корпорацией, работают в незапоминающем режиме, а датчики фирмы "Hitachi" используют запоминающий режим. В запоминающем режиме темновой ток каждого фоточувствительного элемента должен поддерживаться на очень малом уровне для предотвращения разряда емкости датчика в процессе считывания в темноте. В таком режиме усиление фотопроводимости равно приблизительно единице; в этих условиях часто используются обратно-смещенные фотодиоды, поскольку у них малы темновой ток и время срабатывания. Отношение сигнала к шуму приближенно можно оценить как отношение фогогока к гемновому току, если уровень шума на входе усилителя первого каскада не превышает темновой ток.
В незапоминающем режиме усиление фотопроводимости G выражается в виде G = т/Т , где т и 7Г. - время жизни фогогенерированных носителей и время их пролета меж^ контактами соответственно. Иногда значение G достигает 1000. Хотя время пролета Tf можно уменьшить, повысив приложенное между контактами напряжение, верхний предел прилагаемого напряжения определяется тем значением, при котором ток ограничивается пространственным зарядом. При этом значении поля время пролета носителей Т приближается к времени диэлектрической релаксации фотопроводника. Следует отметить, что такое усиление фоте проводимости достигается только во время считывания с одного фото-
322
323
проводящего элемента, когда электрическое поле приложено между контактами. При последовательном считывании эффективное усиление становится в N раз меньше общего усиления G, где N — полное число фотопроводящих элементов в линейном датчике. Таким образом, эффективное усиление равно примерно единице, если G = 1000 и N = 1000. Поэтому в незапоминающем режиме эффективное усиление > 1 только тогда, когда N < G.
Линейные фотодатчики на a-Si: Н, работающие в незапоминающем режиме
Сотрудники электрохимической лаборатории Японской телеграфно-телефонной корпорации разработали фотопроводящий линейный датчик на a-Si планарного типа [8]. Пленка a-Si осаждаясь путем разложения в ТР SiH4, разбавленного Н2 до 10 %. Температура подложки составляла 250 °С. Изучались свойства фотопроводимости нелегированных пленок a-Si и пленок, легированных В2Н6 или РН3. Результаты приведены на рис. 7.1.3 и 7.1.4. Из рис. 7.1.3 видно, что максимальное отношение фотопроводимости (отношение фототока к темповому току) достигается на пленке, слабо легированной бором. Однако из данных рис. 7.1.4 следует, что максимум отношения модуляции наблюдается на нелегированной пленке, когда фотопроводник освещается импуль-
100
10
"10'
0,1
г—г- Юме
1 -п-п-
У1^—
, 2
I 1 \
• /
•
ь i 1 1
[BjHjJ/rsLH,] [PH3]/rSLH«J
2
'*10~
г з
*10~3
[BZH6]/(SLH„] [PHj]/[SiH4]
Рис. 7.1.3. Удельные темновая (7) н фотопроводимости (2) н энергия активации проводимости (3) в зависимости от уровня легирования. Интенсивность света составляла 400 мВт/см2 [ 81
Рис. 7.1.4. Зависимость отношения модуляции фотопроводимости от уровня легирования. Отношение модуляции определяется как отношение токов (см. вставку на рисунке):
1 - фототок; 2 - темновой ток), [8] 324
сами света продолжительностью 10 мс. Даже при продолжительности импульсов 2 мс отношение модуляции превышает 10. Отсюда следует, что время срабатывания a-Si : Н-фотопроводника примерно в 10 раз меньше, чем при использовании CdS. На рис. 7.1.5 показан линейный, датчик из 1728 элементов длиной 216 мм, использующий гребенчатую структуру Al-контактов. На рисунке отдельные контакты показаны в верхней части, а общий контакт — в нижней. Зазор между контактами равен 10 мкм. При освещении датчика светом 100 лк на каждом элементе достигался ток 0,1 мкА.
