Одним из важных аспектов физики и техники гетеропереходов явля-ется создание, исследование и практическое применение неидеальных ге-теропереходов. Одним из направлений их изучения является возможность применения критериев, разработанных в классической фотографической сенситометрии, к преобразователям оптического изображения в электри-ческий сигнал на основе гетероперехода CdS-Cu2S.
В настоящей работе рассматривается попытка охарактеризовать формирователь сигналов изображения на основе гетероперехода CdS-Cu2S с помощью классических сенситометрических характеристик. Процессы стирания изображения при облучении инфракрасным светом изучались на экспериментальной установке. Освещение проводилось двумя монохрома-торами ИКС-12 и УМ-2. Первый использовался для возбуждения ФСИ и стирания информации, а второй для изменения спектральных зависимостей тока короткого замыкания и сенситометрических характеристик образцов. Для исследования этих характеристик были измерены и построены характеристические кривые ФСИ при различных интенсивностях света. Эти кривые повторяли один и тот же профиль, что говорит о том, что образец обладает свойством интегральности и к нему применимо понятие экс-позиции. Для их моделирования и расчета использовался закон Бугера-Ламберта. Расчет был произведен программой MathCad. Рассчитанная на компьютере математическая модель характеристической кривой точно по-вторяет экспериментальные данные, что позволяет использовать её для описания подобных характеристик любых ФСИ на основе гетероперехода.
Текст выступления
Исследование гетеропереходов представляет собой важный раздел физики полупроводниковых приборов, который сформировался в последние четыре десятилетия
Гетеропереходом называется контакт двух различных по химическому составу полупроводников. Если полупроводники имеют одинаковый тип проводимости, то они образуют изотипный гетеропереход. Если тип их проводимости различен, то получается анизотипный гетеропереход.
Гетеропереходы используются в лазерах, вычислительной технике, интегральных схемах. Электрооптические свойства гетеропереходов нашли практическое применение в фототранзисторах и в солнечных элементах.
Для получения идеальных монокристаллических гетеропереходов без дефектов решетки и поверхностных состояний на границе раздела необходимо, чтобы у полупроводников совпадали типы кристаллических решеток, их периоды и коэффициент термического расширения. Для их получения периоды решеток должны совпадать с точностью ~0,1%.
Однако физика и техника гетеропереходов имеют и другой важный аспект - создание, исследование и практическое применение неидеальных гетеропереходов. Такие структуры образованы поликристаллическими полупроводниками с несовпадающими константами кристаллических решеток, зачастую и различных решеточных симметрии.
Перспективность практического применения неидеальных гетеропереходов связана в первую очередь с более экономичной технологией создания поликристаллических гетероструктур в сравнении с монокристаллическими.
Одним из направлений в изучении неидеальных гетеропереходов является возможность применения критериев, разработанных в классической фотографической сенситометрии, к преобразователям оптического изображения в электрический сигнал на основе гетероперехода CdS-Cu2S.
Разнообразные фотографические методы, используемые для регистрации многих видов информации, характеризуются типичным физико-химическим единством. Все фотографические процессы основаны на применении веществ или приборов, прежде всего, обладающих светочувствительностью.
Сенситометрия - это раздел фотографической науки, связанный с измерением фотографических свойств фотоматериалов, обладающих чувствительностью к излучениям видимой и прилегающих к ней областей спектра, а также свойств получаемых на них фотографических изображений
Система CdS-Cu2S представляет собой неидеальный анизотипный гетеропереход у которого различие постоянных кристаллических решеток контактирующих полупроводников CdS (5.832 А) и Cu2S (5.601 А) составляет 4%. Столь значительное различие периодов решеток при формировании гетероперехода создает высокую плотность дислокаций несоответствия на поверхности раздела. Оборванные связи в дислокациях приводят к появлению энергетических уровней в запрещенной зоне, ответственных за захват носителей или за их рекомбинацию и оказывают существенное влияние на перенос заряда через обедненную область.
В основу формирователя сигналов изображения положено свойство неидеального гетероперехода CdS-Cu2S накапливать положительный заряд неравновесных дырок на локальных уровнях.
При фотовозбуждении квантами из области собственного поглощения сульфида кадмия появляются неравновесные электроны и дырки. Электроны удаляются полем барьера в объем базовой области, а дырки захватываются вблизи границы раздела на ловушки и центры рекомбинации. Наличие таких компенсирующих центров с большой концентрацией фактически является одним из основных свойств рассматриваемого гетероперехода. Поле барьера способствует накоплению дырок в ОПЗ, поэтому даже при незначительном уровне фотовозбуждения распределение положительного заряда в CdS значительно изменяется, что приводит к росту емкости перехода.
При проецировании на образец какого-либо изображения, его точки освещаются по разному, что приводит к различной концентрации дырок, захваченных на ловушки и соответственно к различному изгибу энергетических зон в ОПЗ. Если проецирование прекратить, то различие в концентрации дырок сохраняется достаточно долгое время что позволяет использовать гетеропереход в качестве устройства, запоминающего оптическую информацию.
Считывание этой информации возможно при сканировании образца инфракрасным светом. Длительность ИК - импульсов при сканировании должна быть как порядка 10 мкс, так как более длинные импульсы будут вызывать активное оптическое опустошение ловушек, т.е. высвобождение дырок с локальных уровней в валентную зону. С помощью ИК - подсветки можно также производить стирание изображения, при этом образец освещают импульсами большой длительности с высокой частотой следования. После чего образец пригоден для повторного запоминания другого изображения. Информация, полученная при сканировании образца, обрабатывается компьютерными методами и затем может воспроизводиться на экране компьютера. Процессы записи и считывания могут быть значительно разнесены во времени, однако длительное хранение сопровождается термическим опустошением ловушек, что приводит к постепенной утрате оптической информации.
При хранении образца при температуре около 0°С считывание информации возможно в течении 6-8 дней. Повышение температуры хранения приводит к более быстрому термическому высвобождению дырок в валентную зону.
Так как мы считывали изображение не электронным лучом, а ИК - светом, то для него не требуется вакуум и высокое напряжение, применяемые для формирования электронного луча. Максимальная разрешающая способность устройства определяется дифракционным пределом фокусировки светового пятна, при помощи которого происходит считывание изображения, и составляет приблизительно 1 мкм. Спектральное распределение тока короткого замыкания позволяет охарактеризовать формирователь сигналов изображения на основе гетероперехода CdS-Cu2S как зеленочувствительный по общепринятой классификации для фотографических слоев. Следовательно, запись оптической информации наиболее эффективна при длинах волн около 520 нм.
Преобразователь оптического изображения в электрические сигналы на основе гетероперехода CdS-Cu2S может быть использован для регистрации слабых оптических изображений с последующей записью их элементов в память ЭВМ с возможной коррекцией фоточувствительности. Благодаря возможности изготовления преобразователя большой площади и его высокой чувствительности - вероятной областью применения такого устройства может быть регистрация изображений, создаваемых крупными телескопами при астрономических наблюдениях.