Рис. 6.15. Неохлаждаемые фоторезисторы марки ФСА.

ФСА-1С ФСА-1 ФСА-Б ФСА-Г!

Фоторезисторы из РЬТе квадратной формы толщиной 1 мкм имеют лр 90 К сопротивление порядка 10 Ом, максимальные значения вольтовой чувствительности и обнаружительной способности 10* В/Вт и 1,4 . Ю' см . . Гц/2/Вт соответственно, постоянную времени 10 ... 30 мкс и длинноволновую границу чувствительности около 5 мкм [21].

в) Фоторезисторы на основе антимонида индия (InSb) и теллуридов ртути и кадмия (HgCdTe). Фоторезисторы из антимонида индия являются наиболее заверщенными и чувствительными для использования в области 4 мкм. Они имеют низкий уровень собственных шумов и применяются для регистрации малых лучистых потоков.

В*(СМ-Гц)/Вгп

Рис. 6.16

Рис. 6.16. Примерная конструкция плевочного охлаждаемого фотореаистора: 7 -жидкий

азот; 2 -сосуд Дьюара: 3 - охлаждаемый экран; 4 - фоточувствительный слой; 5 - входное окно.

Рис. 6-17. Спектральные характеристики селеиисто-свинцовых и теллуристо-свинцовога фоторезнсторов: / - РЬ Se (77 К); 2 - РЬ Se (195 К); 3 - РЬ Те (77 К); i - РЬ Se (288 К).

Рис. 6.1В. спектральные характеристики фоторезистора иа основе аитимонида индия (InSb) прн различных температурах чувствительного слоя.

Ю',(сп-Гц/рт

6 К.мкн

Приемники из inbb изготовляют с разменами чувствительных площадок от 50 X X 50 мкм до 5 X 5 мм; они могут работать при различных температурах. При комнатной температуре максимальная чувствительность приходится на длину волны 6 5 мкм; обнаружительная способность при этой длине волны составляет 3.10* см FuVBt. Постоянная времени порядка 50 НС, длинноволновая граница чувствительности 7,5 мкм, внутреннее сопротивление 5... 10 Ом. Малая величина внутреннего сопротивления затрудняет согласование приемника с предварительным усилителем и электронную обработку снимаемых сигналов. Приемники, охлаждаемые термоэлектрическими холодильниками ли охлаждающими газами до температуры -40...- 80° С, имеют обнаружительную способность 3 i 10* см Гц1/2/Вт, длинноволновую границу чувствительности 6,5 мкм, постоянную времени О, 1 мкс и внутреннее сопротивление 150 Ом.

Наибольщую чувствительность прием- ики из антимонида индия имеют при температуре -195° С. До такой температуры они охлаждаются холодильниками, ©снованными на эффекте Джоуля - Томсона, жидким азотом, помещенным в сосуд Дьюара, или холодильниками с замкнутым циклом. Порог чувствительности при длине волны 5 мкм, частоте модуляции излучения *00 Гц и полосе пропускания 1 Гц составляет 3 . Ю Вт, максимальная интегральная чувствительность для элемента с площадью 1 мм2 достигает 2 i 10* В/Вт, постоянная времени в среднем равна 5 мкс, длинноволновая граница чувствительности 5,5 мкм, внутреннее сопротивление 2 кОм. Осо-бенностью этих фоторезисторов является смещение спектральной характеристики при охлаждении чувствительного слоя не в длинноволновую, а в коротковолновую область спектра (рис. 6.18).

Многоэлементные приемники на основе InSb выполняют одномерны-*ли - в виде линейки из 10 или 20 элементов и двумерными. Одномерные приемники имеют следующие параметры (57]: число элементов в линейке 10, форма элемента квадратная со стороной 250 мкм, зазор между элементами 25 мкм, обнаружительная способность соответствующая длине волны 5 мкм,. составляет 4,5-10° см Гц /Вт, что близко к теоретическому пределу; при наличии охлажденной диафрагмы, ограничивающей поле зрения, может быть получена обнаружительная способность 1,5.10 см - Гц/Вт. Внутреннее сопротивление 1,5 кОм, среднее квадратическое отклонение значения .интегральной чувствительности от математического ожидания составляет 12% при одинаковом токе, проходящем через каждый элемент.

Двумерный приемник, состоящий из 100 одинаковых элементов, имеет ббльщие пределы изменения интегральной чувствительности: при одинаковом токе, проходящем через элементы, среднее квадратическое отклонение составляет 30%; обнаружительная способность равна 2,5 10 см Гц1/2/Вт.

В последнее время для изготовления многоэлементных приемников на основе InSb и InAs используют метод ионного внедрения. Пластины монокристаллического InSbn-типа облучают ионами Zn с последующим отжигом в инертном газе при температуре 675 К. В результате ионного легирования образуется слой р-типа. Мозаичные матрицы содержат несколько сотен элементов с р-п переходами и отличаются высокой однородностью свойств.

Максимальное значение обнаружительной способности фоторезисторов, полученных методом ионного легирования InSb, составляет 7 i W см г i Га/В-г и соответствует длине волны 5,3 мкм.

Для легирования InAs используют внедрение ионов S. После легиро-вания образцы отжигают в атмосфере инертного газа при температуре 725 К. В результате ионного легирования на исходном материале InAs. р-типа создается слой п-типа.

Максимальное значение обнаружительной способности многоэлемеитных приемников из InAs с ионным внедрением составляет 1,3 . 10 см . Гц1/2/Вт и соответствует длине волны 3,1 мкм.

Наиболее крупные успехи в области ИК обнаружения и оптических систем связи за последнее десятилетие достигнуты благодаря разработке фоторезисторов на основе сплавов из HgTe и CdTe. Принципиальная возможность, использования этих сплавов в фотоприемниках была установлена еще в. 1959 г., но их щирокое применение ограничивалось технологическими трудностями выращивания монокристаллов, однородных по составу и электрофизическим свойствам.

Для выращивания кристаллов HgCdTe используют смесь чистых химических элементов либо смесь предварительно синтезированных соединений HgTe и CdTe, Монокристаллы HgCdTe допускают фотомеханическую обработку, что позволяет изготовлять из них одно- и многоэлементные приемники с малым размером чувствительной площадки.

Чувствительный элемент с помощью эпоксидного клея укрепляют на сапфировой или германиевой подложке и полировкой доводят до нужной толщины (20...30 мкм). Дефекты кристаллической решетки, вызванные механической обработкой, ухудшают характеристики фоторезистора, поэтому в дальнейшем чувствительный элемент подвергают химическому травлению. Омические контакты наносят вакуумным напылением индия, пайкой или электролитическим осаждением. Средние размеры чувствительного элемента 0,25 X 0,25 мм.

Фоторезисторы из HgCdTe имеют спектральный диапазон чувствительности 8... 13 мкм, максимальное значение обнаружительной способности порядка 9 i 10 см . Гц Вт при длине волны 10 мкм, сопротивление 100 ...300 Ом и постоянную времени 1 i 10 * с [21].

По обнаружительной способности и быстродействию в диапазоне 8... 14 мкм эти фоторезисторы не уступают лучшим образцам фоторезисторов из примесного германия. Но последние требуют глубокого охлаждения, в то время как рабочая температура фоторезисторов из HgCdTe равна 77 К.

г) Фоторезисторы на основе германия, легированного примесями. Длинноволновая граница чувствительности германия с собственной проводимостью лежит в ближней инфракрасной области. Область чувствительности примесного германия определяетсяГ величиной энергии ионизации легирующих примесей. В качестве таких примесей применяют медь, ртуть, цинк, золото и другие материалы.

Приемники из германия, легированного медью, охлаждают до температуры 4,2 К; они имеют спектральный диапазон чувствительности 2...27 мкм-с максимумом чувствительности при длине волны 25 мкм (рис, 6.19); максимальное значение обнаружительной способности 3 i 10 см з Гц Вт, постоянная времени 3 10 * с, внутреннее сопротивление 2 -, 10* Ом, интегральная чувствительность 1000 В/Вт.

Приемники из германия, легированного ртутью, также требуют глубокого охлаждения (4,2, или 27 К); они имеют спектральный диапазон чувствительности от 2 до 15 мкм (рис. 6.19), максимальное значение обнаружительной способности 4 5 101 см . Гц Вт при длине волны 11 мкм, постоянную времени 10=* с и внутреннее сопротивление 1...4 , 10* Ом.

Приемники из германия, легированного золотом, могут работать приболев высокой температуре (77К), но их длинноволновая граница не превышает 20 мкм. Обнаружительная способность этих приемников лежит в пределах 3 . 10 ... 1 , 1010 см . Гц!VBt, постоянная времени 3 . 10- с, внутреннее сопротивление 4 . 105 Ом.