Чувствительный элемент

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Есман Александр Константинович Кулешов Владимир Константинович Зыков Григорий Люцианович Залесский Валерий Борисович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Чувствительный элемент, представляющий собой четырехполюсник и содержащий две пары последовательно включенных переходов металл-полупроводник и полупроводник-металл с общим для них полупроводниковым каналом, причем первая пара переходов, являющихся переходами Шоттки, имеет два вывода, выполненных по центру полупроводникового канала в виде металлических слоев, которые подключены к сверхвысокочастотной цепи, а два вывода второй пары переходов, выполненных на противоположных краях полупроводникового канала в виде металлических слоев, подключены к низкочастотной цепи, отличающийся тем, что содержит слой диэлектрика, расположенный на металлических слоях выводов, в котором над выводами первой пары переходов выполнено отверстие, а на лицевой стороне слоя диэлектрика вокруг отверстия нанесена резонансная поглощающая структура. 2. Чувствительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что резонансная поглощающая структура содержит связанные между собой микрорезонаторы нанометровой толщины. 3. Чувствительный элемент по п. 1, отличающийся тем, что полоса поглощения сверхвысокочастотной цепи совпадает с частотными параметрами резонансной поглощающей структуры.(56) 1.2304826. 2.2 477 903 (прототип). Полезная модель относится к области инфракрасной техники и может использоваться при разработке многоканальных и высокоинформативных матричных детекторов субмиллиметрового и сверхвысокочастотного излучения, в частности для систем обнаружения и безопасности. Известна фотоприемная матрица детекторов на основе барьеров Шоттки с чувствительностью в субмиллиметровом и сверхвысокочастотном диапазоне длин волн 1, пп. 1, 4,содержащая полупроводниковую подложку, на которой сформированы чувствительные к регистрируемому излучению детекторы, представляющие собой диоды с барьером Шоттки, содержащие слой химического соединения металл-полупроводник, интегральную схему поэлементного съема и вывода электрического сигнала с указанных детекторов на один или несколько выходов видеосигнала, и интегральные предварительные усилители преобразователи зарядовых пакетов в выходное напряжение, число которых равно числу выходов видеосигнала, причем толщина слоя, химического соединения металл-полупроводник каждого детектора равна или больше толщины скин-слоя для субмиллиметровых волн. Указанный слой химического соединения металл-полупроводник образует с подложкой барьер Шоттки с высотой потенциального барьера, превышающей энергию квантов регистрируемого излучения и среднюю тепловую энергию детекторов при рабочей температуре матрицы. Дополнительно на границе первого слоя с подложкой, в подложке образован просветляющий слой повышенной проводимости толщиной в четверть длины волны регистрируемого излучения, а на стороне подложки, на которой расположены входы рупорных антенн, нанесен металлический отражающий слой по всей площади подложки, кроме дна колодцев рупорных антенн, а углы при вершинах конусов рупорных антенн не превышают 45. Устройство имеет низкую эффективность преобразования электромагнитного излучения в выходной сигнал, так как металлический отражающий слой по всей площади подложки исключает попадание части входного электромагнитного излучения в просветляющий слой детекторов на основе барьеров Шоттки. Наиболее близким по технической сущности является чувствительный элемент для регистрации сигналов сверхвысокочастотного диапазона 2, п. 1, п. 3, содержащий переходы Шоттки и представляющий собой четырехполюсник, содержащий две пары последовательно включенных переходов металл-полупроводник и полупроводник-металл с полупроводником, являющимся общим для обеих указанных пар проводящим каналом,причем первая пара переходов, являющихся переходами Шоттки, имеет два металлических вывода, выполненных по центру в виде металлических слоев, которые подключены к сверхвысокочастотной цепи, а два металлических вывода второй пары, выполненных на противоположных краях в виде металлических слоев, подключены к низкочастотной цепи для измерения импеданса проводящего канала, в части которого присутствуют токи, вызванные регистрируемым сверхвысокочастотным сигналом,Данное устройство имеет низкую эффективность преобразования входного излучения в выходной сигнал из-за существенного его отражения металлическими слоями отдельных элементов устройства. Техническая задача - повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения при одновременном увеличении помехоустойчивости. Поставленная техническая задача решается тем, что чувствительный элемент, представляющий собой четырехполюсник, содержащий две пары последовательно включенных переходов металл-полупроводник и полупроводник-металл с общим для них полупровод 2 97992013.12.30 никовым каналом, причем первая пара переходов, являющихся переходами Шоттки, имеет два вывода, выполненных по центру полупроводникового канала в виде металлических слоев, которые подключены к сверхвысокочастотной цепи, а два вывода второй пары переходов, выполненных на противоположных краях полупроводникового канала в виде металлических слоев, подключены к низкочастотной цепи, содержит слой диэлектрика,расположенный на металлических слоях выводов, в котором над выводами первой пары переходов выполнено отверстие, а на лицевой стороне слоя диэлектрика вокруг отверстия нанесена резонансная поглощающая структура. Для эффективного решения поставленной технической задачи резонансная поглощающая структура содержит связанные между собой микрорезонаторы нанометровой толщины. Для эффективного решения поставленной технической задачи полоса поглощения сверхвысокочастотной цепи совпадает с частотными параметрами резонансной поглощающей структуры. Совокупность указанных признаков позволяет решить техническую задачу за счет уменьшения изменения показателя преломления на границе раздела внешняя среда - чувствительный элемент и эффективного поглощения резонансной поглощающей структурой входного излучения, а также рассеиваемого соседним чувствительным элементом при матричном исполнении. Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где приведена схема расположения элементов, и фиг. 2, на которой представлен разрез чувствительного элемента. Чувствительный элемент представляет собой четырехполюсник, состоящий из последовательно соединенных через полупроводниковый канал 3 первой пары переходов 1 и второй пары переходов 2 выводы первой пары 6 выполнены по центру полупроводникового канала 3 и подключены к сверхвысокочастотной цепи 4, а выводы второй пары переходов 7 выполнены на противоположных краях полупроводникового канала 3 и подключены к низкочастотной цепи 5 слой диэлектрика 8 расположен на выводах второй пары переходов 7, в котором над выводами первой пары переходов 6 выполнено отверстие 10, а на лицевой стороне слоя диэлектрика 8 вокруг отверстия 10 нанесена резонансная поглощающая структура 9. В конкретном исполнении первая пара переходов 1 выполнена методами фотолитографии и травления из проводящегослояс концентрацией легирующей примеси(7-8)1017 см-3. Вторая пара переходов 2 - это омические контакты, выполненные методами фотолитографии и эпитаксии с легированиемдо концентрации (2-4)1018 см-3. Выводы первой пары переходов 6 и выводы второй пары переходов 7 изготовлены гальваническим осаждением золота. Сверхвысокочастотная цепь 4 - это антенна, например полуволновой вибратор, выполненный из золота методами фотолитографии и травления жертвенного слоя. Низкочастотная цепь 5 - это интегральная схема поэлементного съема и вывода электрических сигналов как в 1. Слой диэлектрика 8 выполнен из полиимида методами фотолитографии, в котором травлением выполнено отверстие 10. Резонансная поглощающая структура 9 выполнена методами фотолитографии и гальваническим осаждением золота. Полупроводниковый канал 3 - это пластинкас концентрацией легирующей примеси (7-8)1017 см-3. Работает чувствительный элемент следующим образом. Входное электромагнитное излучение терагерцового диапазона, например, из окружающей среды поступает на резонансную поглощающую структуру 9, слой диэлектрика 8 и сверхвысокочастотную цепь 4. Резонансная поглощающая структура 9 существенно снижает эффективный коэффициент преломления на входе чувствительного элемента, поэтому отражение входного электромагнитного излучения практически отсутствует. В сверхвысокочастотной цепи 4 (антенне в виде полуволнового вибратора) входное электромагнитное излучение преобразуется в электрические сигналы соответствующей частоты. В зависимости от величины этого элек 3 97992013.12.30 трического напряжения происходят изменения сопротивлений в первой паре переходов 1,являющихся переходами Шоттки, и поэтому меняется сопротивление в полупроводниковом канале 3. Изменение электрического сопротивления полупроводникового канала 3 регистрируется с помощью низкочастотной цепи 5, для которой он является входным импедансом. При этом следует отметить, что наличие резонансной поглощающей структуры 9 исключает влияние друг на друга чувствительных элементов при объединении их в матрицу. Предлагаемая полезная модель позволяет существенно повысить эффективность преобразования входного электромагнитного излучения за счет оптимального согласования чувствительного элемента с источником излучения - внешней средой, так как выигрыш по уменьшению потерь на отражение составляет более 10 дБ. Кроме того, при объединении чувствительных элементов в матрицу исключается влияние перекрестных помех от соседних ячеек и тем самым повышается помехозащищенность. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4