Управляемый светом генератор электрических колебаний на однородных кристаллах сульфида кадмия

Изобретение относится к оптоэлектронным устройствам и может быть использовано в качестве генератора колебаний синусоидальной, пилообразной и сложной (сумма нескольких синусоид) форм на основе однородного кристалла CdS, управляемого светом. Устройство также может быть использовано как элемент сложных оптоэлектронных приборов.

Хорошо известны полупроводниковые генераторы колебаний электрического тока высоких и сверхвысоких частот (0,1 до 100 ГГц) на диодах Ганна (однородных кристаллах арсенида галлия (GaAs) и фосфида индия (InP) с двумя контактами) [Левинштейн М.Е., Пожела Ю.К., Шур М.С. Эффект Ганна. М.: Сов. Радио, 1975, с. 7].

К недостаткам данных генераторов можно отнести невозможность получения колебаний низких и инфранизких частот, а также невозможность управления частотой осцилляций.

Технический результат проявляется при освещении устройства (кристалла CdS), результатом которого будут осцилляции фототока в кристалле CdS в области низких и инфранизких частот (от 0,2 до 5 Гц), с возможностью управления формы и частоты колебаний падающим на кристалл светом. Форма и частота осцилляций зависит от напряженности тянущего поля, прикладываемого к кристаллу CdS, и длины волны падающего на него света.

Задачей изобретения является создание генератора колебаний на однородных кристаллах (CdS), использующего принципиально новый (физический) принцип работы, и заключается в создании фотосопротивления на основе однородного кристалла CdS, чье сопротивление изменяется во времени синусоидально либо пилообразно или в виде «биений», описываемых как наложение двух синусоид с разной частотой. Данное фотосопротивление может служить в качестве генератора колебаний, задаваемым рабочим напряжением на фоторезисторе, а также длиной волны освещаемого света. При этом спектральный диапазон фоточувствительности полупроводника составляет узкий интервал длин волн 510-520 нм, а токи, текущие через полупроводник, варьируются в диапазоне 10^-9-10^-4 А, рабочие напряженности на кристалле CdS от 200 В/см до 1000 В/см.

Данный технический результат достигается созданием фотосопротивления на основе однородного кристалла CdS, чье сопротивление изменяется во времени синусоидально либо пилообразно или в виде «биений», описываемых как наложение двух синусоид разной частоты и амплитуды, состоящий из полого корпуса, монокристалла CdS, наклеенного на изолирующей подложке, которая, в свою очередь, приклеивается в центре дна корпуса, из прозрачного для видимого света окошка, из электрических выводов, расположенных рядом с торцевыми гранями полупроводника. При этом в данном устройстве используют монокристалл CdS, форма и частота осцилляций, возникающих в нем, зависит от прикладываемого к нему напряжения (напряженности тянущего поля) и длины волны падающего на него света.

Осцилляции, возникающие в однородном кристалле CdS, объясняются следующим. Фототермические переходы электронов из валентной зоны в зону проводимости через «мелкие» уровни двукратно ионизованных собственно-дефектных донорных центров создают фон, на котором наблюдаются осцилляции фототока.

Оптические переходы электронов из валентной зоны на «глубокие» уровни двукратно ионизованных собственно-дефектных донорных центров сопровождаются уменьшением проводимости освещаемого участка образца за счет эффекта отрицательной фотопроводимости: электроны, переведенные светом на "глубокие" уровни, остаются на этих уровнях, тогда как возникающие в валентной зоне дырки рекомбинируют с темновыми электронами зоны проводимости через уровни s-центров быстрой рекомбинации.

При освещении узкого участка в центре кристалла возникает неустойчивость фототока, обусловленная образованием на освещаемом участке кристалла CdS области сильного поля за счет эффекта отрицательной фотопроводимости. С ростом продолжительности освещения участка его проводимость уменьшается, соответственно возрастает приложенное к участку поле. В результате возрастает вероятность термической ионизации заполненных светом "глубоких" уровней двукратно ионизованных собственно-дефектных донорных центров за счет эффекта Пула-Френкеля, что приводит к росту фототока. По мере увеличения проводимости освещаемого участка кристалла приложенное к нему поле уменьшается по величине, соответственно уменьшается вероятность термической ионизации "глубоких" уровней, что приводит к падению фототока. Дальнейшее освещение вновь приводит к заполнению этих уровней и росту приложенного к освещаемому участку поля и процесс повторяется.

На фиг. 1 представлен чертеж (схема) фотосопротивления, вид сбоку.

На фиг. 2 представлен чертеж фотосопротивления в разрезе А-А, вид сверху.

Корпус фотосопротивления представляет собой металлический диск (1), 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 прямоугольным 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, возбуждает полупроводник 2. За счет внутреннего фотоэффекта в полупроводнике 2 создаются дополнительные носители электрического заряда, вызывающие падение его сопротивления, и, соответственно, приводящее токовым неустойчивостям, текущего через кристалл 2 фототока.