Фотоэлемент
ФОТОЭЛЕМЕНТ, содержащий фотокатод, фокусирующий электрод. полупроводниковый анод с р-п-переходом и коаксиальный вывод с внутренним и внешним электродами, отличающийся тем, что, с целью повьппения временного разрешения, анод установлен на торце внутреннего проводника коаксиального вывода, при этом его п-область гальванически связана с внутренним электродом коаксиального вйвода, а р-о6ласть через слой металлизации и ленточные проводники гальванически связана с внешним электродом этого вывода. 01IsD
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
g g Н О1 .J 40/16
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТБУ
ll3 g
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3357638/18-21 (22) 26.11.81
{46) 07.05. 84. Бюл. №- 17 (72) Л.И.Андреева, А.В.Алексеев, С.А.Кайдалов и Б.N.Стенанов (53) 621.383.811(088.8} (56) 1. Андреева Л.И. и др. "Измерительная техника", 1965, № 8, с.38.
2. "IEEE вагапа. on Nucl. Sci", 1965, с. НС-12 ¹ 3, р. 54 (прототип). (54)(57) ФОТОЭПЕ1ПНТ, содержащий фотокатод 4окусирующий электрод, „„Я0„„1091252 A полупроводниковыи анод с р-и-переходом и коаксиальный вывод с внутренним и внешним электродами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения временного разрешения, анод установлен на торце внутреннего проводника коаксиального вывода, при этом его и-область гальванически связана с внутренним электродом коаксиального вь вода, а р-область через слой металлизации и ленточные проводники гальванически связана с внешним электродом этого вывода.
1091252
20
Изобретение относится к фотоэлект ронным приборам, в частности к быстродействующим импульсным электровакуумным фотоэлементам, и может найти широкое прмменение в технике оптико-физических измерений.
Известен вакуумный фотоэлемент для измерения параметров быстропротекающих процессов, который имеет коаксиальный вывод t 1j.
Недостатком данного фотоэлемента явЛяется относительно низкая чувствительность.
Одним из важнейших направлений дальнейшего совершенствования фото- 15 элементов является повышение чувствительности при сохранении высокого временного разрушения и большого динамического диапазона. Трудность решения этих задач состоит в том, что в быстродействующих фотоэлементах временное разрешение определяется главным образом междуэлектродной емкостью, поэтому для улучшения временного разрешения обычно при- 25 ходится уменьшать площадь фотокатода, однако это приводит к уменьшению чувствительности фотоэлементов и максимально достигаемой амплиту,ды фототока. 30
Наиболее близким к предлагаемому. является фотоэлемент, содержащий вакуумную оболочку с входным окном, прозрачным для излучения, фотокатод, фокусирующий электрод и коаксиальный вывод с внутречним и внешним электродами 5 2 3.
Недостатком известного прибора является невозможность достижения повышенного временного разрешения.
Зто объясняется большой индуктивностью вывода полупроводникового диода через контактный проводник малого диаметра, припаянный к вплавленной в полупроводник капельке золота.
Д5
Кроме того, в известном приборе труд-. но обеспечить высокую чувствительность, Цель изобретения — повышение вре-менного разрешения.
Указанная цель достигается тем, что в фотоэлементе, содержащем фотокатод, фокусирующий электрод, полупроводниковый анод с р-и-переходом и коаксиальный вывод с внутренним и внешним электродами, анод установлен на торце внутреннего проводника, коаксиального вывода так, что и-область гальванически связана с внутренним электродом коаксиального вывода,а р †облас через слой металлизации и ленточные проводники гальванически связана с внешним электродом этого вывода.
На чертеже изображен фотоэлемент с полупроводниковым анодом.
Фотоэлемент содержит вакуумную оболочку 1, входное окно 2, фотокатод 3, фокусирующий электрод 4, анодный экран 5, полупроводниковый анод с областями электронной и дырочной проводимости, разделенными р-и-переходом 6 и 7, внутренний проводник 8, внешний проводник 9, корпус 10.
Особенностью конструкции фотоэлемента является расположение полупроводникового анода на торце внутреннего проводника 8 коаксиального вывода так, что область дырачной проводимости через слой металлизации и ленточные проводники гальванически связана с внешним проводником 9, а область электронной проводимости гальванически связана с внутренним проводником 8 коаксиального вывода. Анодный экран 5 р-область полупроводникового аноца 6 и металлический корпус 10 ножки электрически связаны между собой и имеют ускоряющий потенциал относительно фотокатода.
Г> этом случае обеспечивается экранирование анода от паразитных электронов, что способствует уменьшению шумов и повышению временного .разрешения и порога чувствительности фотоэлемента.
Токи утечки между фотокатодом и анодом протекают по цепи вывод фотокатода 3 — корпус 1О ножки, а не по сигнальной цепи между внутренним 8и внешним 9 проводниками коаксиального вывода.
B данном фотоэлементе существует возможность одновременного достиже— ния высокого временного разрешения и повышенной чувствительности . В вакуумных фотоэлементах обычной конструкции чувствительность не может быть выше чувствительности фотокатода, В данном случае за счет эффекта усиления тока в полупроводниковом аноде чувствительность фотоэлемента в 10 — 10 раз выше чувствительности
2 фотокатода. Б вакуумных фотоэлементах обычной конструкции временное разрешение при площади фотокатод .
1091252
ВНИИПИ Заказ 3091/50
Тираж 683 Подписное
Филиал ШШ "Патент", r. Ужгород, ул,Проектная,4 более см,определяется постоянной
2 времени анодной цепи и составляет порядок наносекунды. В предлагаемой конструкции даже при увеличении площади фотокатода до нескольких см 5 временное разрешение определяется собственной инерционностью полупроводникового анода, так как с ростом площади фотокатода паразитная емкость на выходе, в цепи формирования сигнала остается неизменной, а разброс фотоэлектронов по временам пролета при ускоряющих напряжениях
10 В составляет порядка 10 -1(Г с и может не учитываться. Однако в фотоэлементе необходимо выбирать масштаб переноса размеров сечения электронного потока от фотокатода к аноду меньше единицы И (!, чтобы не потерять электроны сигнала и не 20 снизить сигнал/шум.
Фотоэлемент работает следующим образом.
Поток падающего излучения через входное окно 2 попадает в вакуумную оболочку 1 и вызывает фотоэмиссию электронов из фотокатода 3. Фокусирующий электрод 4 и ускоряющий анодный экран 5 образуют электронно-оптическую систему переноса 30 электронного потока с площади фотокатода Б „на входную площадку полупроводникового анода 6.
Попадание на полупроводниковый анод электронов с энергиями порядка 10 эВ вызывает ионизацию атомов и появление электронно-дырочных пар.
При энергии ионизации полупроводникового материала (например, кремния) около 3,5 эВ (с учетом потерь) обеспечивается усиление фототока в 1О"10 раз.
Времейное разрешение фотоэлемента с полупроводниковым анодом определяется емкостью перехода, сопротивлением нагрузки и временем дрейфа носителей.
Для достижения временного разрешения фотоэлемента . порядка 10 с при измерении параметров быстропротекающих процессов, длительность которых состаьляет 10 с и более, необходимо обеспечить полосу пропускания аноцного узла, по крайней мере в области частот от сотен килогерц до сотен мегагерц. В этом случае главной задачей является обеспечение работы полупроводникового анода как широкополосного усилителя тока. Для обеспечения условий неискаженного широкополосного усиления тока полупроводниковый анодный узел выполнен в виде согласованной коаксиальной системы, установленной внутри анодного экрана, являющегося одновременно ускоряющим электродом фокусирующей "бескроссоверной" электронно-оптической системы с масштабом переноса !!(! . Такая конструкция исключает образование свободных носителей тока вне рабочей зоны, появление которых значительно уменьшает полосу пропускаемых частот в области 250-500 !!Гц. Расположение полупроводникового анода на внутреннем проводнике коаксиальногo вывода с помощью переходного металлического стакана обеспечивает условия возбуждения и передачи 1EN-электромагнитной волны B коаксиальном тракте стандартного сечения и обеспечивает высокую технологичность конструкции. Е частности, такая конструкция обеспечивает возможность предварительной проверки поверхностных токов уте =.ки, диффузионного тока неосновных нссителей и других технологических параметров полупроводниковоз о анода, определяющих B дальнейшем заданный уровень темнс вых и шумовых токов, порог чувствительности и динами IccKIIH диапа - o.I фотсэл;=: <анте, Применение Ii,. .åäiiàãàåìoão фотоэлемента по cp= IBíåí .-о с обычны.-ш конструкциями позвсляет осущест.знть повы— ,-2 3 шение чувствительности B 0 — 10 раз, расширение динамического диапазона до 60-20 дБ. дсстпжеш-е ввеме;.. .-: o,о — Я разрешения 10 — 10 с нал,чие рабо .ей площади фотокатода более 1 с.". при улучшенной равномерности ..зонной чувствительности,
![Фотоэлемент](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/588/5888247-s.jpg)
![Фотоэлемент](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/588/5888248-s.jpg)
![Фотоэлемент](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/588/5888249-s.jpg)