Реферат: Компьютерное моделирование сенситометрических характеристик формирователей сигналов изображения

На рисунке 4 приведены типичные кривые спектрального распределения тока короткого замыкания гетеропереходов с различным химическим составом базового слоя. [3].

Рис.4. Спектральное распределение тока короткого замыкания тыльнобарьерных фотоэлементов с различным составом базового слоя:

1 - нелегированный CdS;

2 - CdS с примесью 0.01% In;

3 - CdZnS с примесью 0.2% In.

На рисунке 5 изображена детальная зонная диаграмма гетераперехода, построенная Дасом, который использовал теоретическую модель Ротворфа и другие модели. Значения всех параметров перехода, использованные в этой диаграмме, были определены экспериментально [4].

Рис.5. Энергетическая зонная диаграмма гетероперехода CdS-Cu2 S.

Фотоэлектрические свойства гетероперехода CdS-Cu₂ S подробно рассмотрены ниже.

§ 3. Фотоэлектрические свойства гетероперехода CdS-Cu₂ S.

В основу формирователя сигналов изображения положено свойство неидеального гетероперехода CdS-Cu₂ S накапливать положительный заряд неравновесных дырок на локальных уровнях.

На зонной диаграмме (рис.6) изображены процессы, происходящие в ФСИ при освещении.

Резкое различие в проводимости сульфидов кадмия и меди приводит к тому, что область пространственного заряда локализована практически полностью со стороны CdS [4].

Рис.6. Зонная диаграмма ФСИ.

При фотовозбуждении квантами из области собственного поглощения сульфида кадмия появляются неравновесные электроны и дырки (переходы 1). Электроны удаляются полем барьера в объем базовой области, а дырки захватываются вблизи границы раздела на ловушки и центры рекомбинации (переходы 2). 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. Кроме того, распределение энергии электрона от координаты изменяется с квадратичного на экспоненциальное. При этом резко возрастает напряженность электрического поля у границы раздела гетероперехода [3].

Ток короткого замыкания Iкз формирователя изображения находится в прямой зависимости от пространственного распределения электрического потенциала φ(x) , а это распределение непосредственно связано с концентрацией дырок, локализованных на ловушках.

Как показано в [3]:

(8)

где - фототок в отсутствие потерь на границе раздела;

- подвижность электронов в CdS;

- скорость поверхностной рекомбинации на границе раздела.

Поскольку дрейфовая скорость электронов определяется из соотношения:

(9)

что равнозначно:

(10)

выражение (8) можно переписать:

(11)

Таким образом, изменяя освещенность гетероперехода с помощью собственной для сульфида кадмия подсветки можно управлять распределением φ(x) , а, следовательно, и дрейфовой скоростью электронов и величиной тока короткого замыкания Iкз .

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 (переход 6).

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^o С считывание информации возможно в течении 6-8 дней. Повышение температуры хранения приводит к более быстрому термическому высвобождению дырок в валентную зону.

Более подробно явления удаления захваченного заряда будут рассмотрены ниже.

§ 4. Механизмы выброса захваченного заряда в ОПЗ гетероперехода CdS-Cu₂ S.

Гетеропереход CdS-Cu₂ S может находиться в двух различных состояниях. Одно из них - равновесное - обладает низкой чувствительностью к инфракрасному свету и позволяет получить невысокое значение тока Iкз . Другое состояние - неравновесное - высокочувствительно к ИК - свету и дает значительно большую величину тока короткого замыкания.

Переход из равновесного состояния в неравновесное осуществляется при действии коротковолнового света за счет описанного выше эффекта захвата и накопления неравновесных дырок на ловушках в ОПЗ CdS

Время сохранения структурой неравновесного состояния определяется величиной рекомбинационного барьера и процессом выброса дырок из ловушек, идущего наряду с накоплением. Но после прекращения действия коротковолновой подсветки выброс начинает играть решающую роль в токопереносе, так как освобождение захваченного заряда обусловливает обратные изменения параметров барьера и переход структуры из неравновесного состояния в равновесное.

Интенсивность выброса определяет величину и скорость этого изменения параметров барьера, а значит и Iкз . Поэтому представляется важным звать, как именно выброс влияет на параметре барьера после прекращения фотовозбуждения коротковолновым светом, как быстро они изменяются со временем.