pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2021-12-2-108-116pimi-709Research ArticleСредства измеренийMeasuring instrumentsПриборный ряд фотоэлектрических преобразователей на основе полупроводников с собственной фотопроводимостьюSeries of Photovoltaic Converters Based on Semiconductors with Intrinsic PhotoconductivityВоробейР. И.VorobeyR. I.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

tyavlovsky@bntu.byГусевО. К.GusevO. K.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

tyavlovsky@bntu.byЖаринА. Л.ZharinA. L.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

tyavlovsky@bntu.byПантелеевК. В.PantsialeyeuK. U.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

tyavlovsky@bntu.byСвистунА. И.SvistunA. I.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

tyavlovsky@bntu.byТявловскийА. К.TyavlovskyA. K.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

tyavlovsky@bntu.byТявловскийК. Л.TyavlovskyK. L.

Адрес для переписки: Тявловский К.Л. – Белорусский национальный технический университет, пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013, Беларусь

e-mail: tyavlovsky @bntu.by

Address for correspondence: Tyavlovsky К.L. - Belarusian National Technical University, Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

e-mail: tyavlovsky @bntu.by

tyavlovsky@bntu.byШадурскаяЛ. И.ShadurskayaL. I.

пр-т Независимости, 65, г. Минск 220013

Nezavisimosty Ave., 65, Minsk 220013, Belarus

tyavlovsky@bntu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus202125062021122108116Copyright © Воробей Р.И., Гусев О.К., Жарин А.Л., Пантелеев К.В., Свистун А.И., Тявловский А.К., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И., 20212021Воробей Р.И., Гусев О.К., Жарин А.Л., Пантелеев К.В., Свистун А.И., Тявловский А.К., Тявловский К.Л., Шадурская Л.И.Vorobey R.I., Gusev O.K., Zharin A.L., Pantsialeyeu K.U., Svistun A.I., Tyavlovsky A.K., Tyavlovsky K.L., Shadurskaya L.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/709

Одним из способов решения многообразных задач оптической диагностики является использование фотоэлектрических преобразователей на основе полупроводников с собственной фотопроводимостью, слабо легированных глубокими примесями, формирующими несколько уровней с разными зарядовыми состояниями в запрещённой зоне. Особенности физических процессов перезарядки этих уровней позволяют создавать фотоприёмники с различными функциональными возможностями на основе ряда простых приборных структур.

Целью работы является анализ особенностей преобразовательных характеристик одноэлементных фотоэлектрических преобразователей на базе полупроводников с собственной фотопроводимостью, систематизация их свойств, и представление структур, представленных ФЭП в виде приборного ряда фотоэлектрических преобразователей для применения в измерительных преобразователях систем оптической диагностики.

На основе анализа особенностей преобразовательных характеристик одноэлементных фотоэлектрических преобразователей на базе полупроводников с собственной фотопроводимостью и требований к их конструкции разработан приборный ряд фотоэлектрических преобразователей для применения в измерительных преобразователях систем оптической диагностики. Показана возможность построения функциональных измерительных преобразователей для многопараметрических измерений оптических сигналов.

One of the ways to solve multiple problems of optical diagnostics is to use photovoltaic converters based on semiconductors with intrinsic photoconductivity slightly doped with deep impurities which form several energy levels with different charge states within the semiconductor′s bandgap. Peculiarities of physical processes of recharging these levels make it possible to construct photodetectors with different functionality based on a range of simple device structures.

The aim of this work is to analyze peculiarities of conversion characteristics of single-element photovoltaic converters based on semiconductors with intrinsic photoconductivity, to systematize their properties and to represent structures of photovoltaic convertors as a device structures suitable for implementation in measurement transducers of optical diagnostics systems.

Based on the analysis of the characteristics of the conversion characteristics of single-element photovoltaic converters based on semiconductors with intrinsic photoconductivity and the requirements for their design, a dash series of photovoltaic converters was developed for use in the measuring transducers of optical diagnostics systems. The possibility of constructing functional measuring transducers for multiparameter measurements of optical signals is shown.

фотоэлектрический преобразовательприборная структураглубокая примесьпреобразовательная характеристикаизмерительный преобразовательphotovoltaic converterdevice structuredeep impurityconversion characteristicmeasurement transducerReferencesLysenko S.A. Metody opticheskoj diagnostiki biologicheskikh ob"ektov [Methods for Optical Diagnostics of Biological Objects]. Minsk: BGU Publ., 2014, 231 p.Lysenko S.A. Metody opticheskoj diagnostiki biologicheskikh ob"ektov [Methods for Optical Diagnostics of Biological Objects]. Minsk: BGU Publ., 2014, 231 p.Filachev A.M., Taubkin I.I., Trishenkov M.A. Fotopriemniki v optiko-ehlektronnykh priborakh i sistemakh [Photodetectors in Optoelectronic Devices and Systems]. Moscow: Fizmatkniga Publ., 2016, 104 p.Filachev A.M., Taubkin I.I., Trishenkov M.A. Fotopriemniki v optiko-ehlektronnykh priborakh i sistemakh [Photodetectors in Optoelectronic Devices and Systems]. Moscow: Fizmatkniga Publ., 2016, 104 p.Formozov B.N. Аehrokosmicheskie fotopriemnye ustrojstva v vidimom i infrakrasnom diapazonakh [Aerospace Photodetectors in the Visible and Infrared Ranges]. St. Petersburg: SPbGUAP Publ., 2002, 120 p.Formozov B.N. Аehrokosmicheskie fotopriemnye ustrojstva v vidimom i infrakrasnom diapazonakh [Aerospace Photodetectors in the Visible and Infrared Ranges]. St. Petersburg: SPbGUAP Publ., 2002, 120 p.Gusev O.K., Vorobey R.I., Zharin A.L., Svistun A.I., Tyavlovsky A.K., Tyavlovsky K.L. Metodologiya i sredstva izmerenij parametrov ob"ektov s neopredelennymi sostoyaniyami [Methodology and Tools for Measuring Parameters of Objects in Uncertain States], ed. O.K. Gusev. Minsk: BNTU Publ., 2010, 582 p.Gusev O.K., Vorobey R.I., Zharin A.L., Svistun A.I., Tyavlovsky A.K., Tyavlovsky K.L. Metodologiya i sredstva izmerenij parametrov ob"ektov s neopredelennymi sostoyaniyami [Methodology and Tools for Measuring Parameters of Objects in Uncertain States], ed. O.K. Gusev. Minsk: BNTU Publ., 2010, 582 p.Vorobey R.I., Gusev O.K., Tyavlovsky A.K., Tyavlovsky K.L., Svistun A.I., Shadurskaya L.I., Yarzhembitskaya N.V., Kierczynski K. Photoelectric semiconductor converters with a large dynamic range. Przeglad electrotechniczny, 2014, no. 5, pp. 5‒78. DOI: 10.12915/pe.2014.05.16Vorobey R.I., Gusev O.K., Tyavlovsky A.K., Tyavlovsky K.L., Svistun A.I., Shadurskaya L.I., Yarzhembitskaya N.V., Kierczynski K. Photoelectric semiconductor converters with a large dynamic range. Przeglad electrotechniczny, 2014, no. 5, pp. 5‒78. DOI: 10.12915/pe.2014.05.16Bondar I.V., Rud V.Yu., Rud Yu.V. [Photovoltaic Effects in Cu(Al, In) /p-CuIn3Se5 Schottky Barriers]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Semiconductor Physics and Technology], 2007, vol. 41, no. 1, pp. 44– 47 (in Russian).Bondar I.V., Rud V.Yu., Rud Yu.V. [Photovoltaic Effects in Cu(Al, In) /p-CuIn3Se5 Schottky Barriers]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Semiconductor Physics and Technology], 2007, vol. 41, no. 1, pp. 44– 47 (in Russian).Yashin A.N. [Applicability of the simplified Shockley-Reed-Hall model for semiconductors with various types of defects].. Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Semiconductor Physics and Technology], 2005, vol. 39, no. 11, pp. 1331‒1335. (in Russian).Yashin A.N. [Applicability of the simplified Shockley-Reed-Hall model for semiconductors with various types of defects].. Fizika i tekhnika poluprovodnikov [Semiconductor Physics and Technology], 2005, vol. 39, no. 11, pp. 1331‒1335. (in Russian).Masol I.V., Osinsky V.I., Sergeev O.T. Informatsionnye nanotekhnologii [Informational Nanotechology]. Kiev: Makros Publ., 2011, 560 p.Masol I.V., Osinsky V.I., Sergeev O.T. Informatsionnye nanotekhnologii [Informational Nanotechology]. Kiev: Makros Publ., 2011, 560 p.Gusev O.K., Tyavlovsky K.L., Vorobey R.I., Svistun A.I., Shadurskaya L.I. [Intrinsic SemiconductorBased Photodetectors for Measurement Transducers Construction]. Metrologiya i priborostroyeniye [Metrology and Instrument Engineering], 2017, no. 2, pp. 34– 42 (in Russian).Gusev O.K., Tyavlovsky K.L., Vorobey R.I., Svistun A.I., Shadurskaya L.I. [Intrinsic SemiconductorBased Photodetectors for Measurement Transducers Construction]. Metrologiya i priborostroyeniye [Metrology and Instrument Engineering], 2017, no. 2, pp. 34– 42 (in Russian).Andreou A.G., Kalayjian Z.K., Apsel A., Pouliquen P.O., Athale R.A., Simonis G., Reedy R. Silicon on sapphire CMOS for optoelectronic microsystems. Circuits and Systems, 2001, vol. 1, pp. 22‒30. DOI: 10.1109/7384.963464Andreou A.G., Kalayjian Z.K., Apsel A., Pouliquen P.O., Athale R.A., Simonis G., Reedy R. Silicon on sapphire CMOS for optoelectronic microsystems. Circuits and Systems, 2001, vol. 1, pp. 22‒30. DOI: 10.1109/7384.963464Kozlov Yu.F., Zotov V.V. Struktury kremniya na sapfire: tekhnologiya, svojstva, metody kontrolya, primenenie [Silicon on Sapphire structures: Technology, Properties, Methods of Control, Applications]. Moscow: MIET Publ., 2004, 380 p.Kozlov Yu.F., Zotov V.V. Struktury kremniya na sapfire: tekhnologiya, svojstva, metody kontrolya, primenenie [Silicon on Sapphire structures: Technology, Properties, Methods of Control, Applications]. Moscow: MIET Publ., 2004, 380 p.Vityaz P.A., Svidunovich N.A., Kuis D.V. Nanomaterialovedenie [Nanomaterials Science]. Minsk: Vysheyshaya Shkola Publ., 2015, 511 p.Vityaz P.A., Svidunovich N.A., Kuis D.V. Nanomaterialovedenie [Nanomaterials Science]. Minsk: Vysheyshaya Shkola Publ., 2015, 511 p.Wado H., Ohtani K., Ishida M. Epitaxial growth of SiGe on Al2O3 using Si2H6 gas and Ge solid source molecular beam epitaxy. J.Crystl.Growth, 1996, vol. 169, pp. 457‒462. DOI: 10.1016/S0022-0248(97)80004-8Wado H., Ohtani K., Ishida M. Epitaxial growth of SiGe on Al2O3 using Si2H6 gas and Ge solid source molecular beam epitaxy. J.Crystl.Growth, 1996, vol. 169, pp. 457‒462. DOI: 10.1016/S0022-0248(97)80004-8Khudaverdyan S.Kh. Photo-detecting characteristics of double barrier structures. Nuclear Inst. and Methods in Physics Research A., 2003, vol. 504, iss. 1‒3, pp. 350‒353. DOI: 10.1016/S0168-9002(03)00768-XKhudaverdyan S.Kh. Photo-detecting characteristics of double barrier structures. Nuclear Inst. and Methods in Physics Research A., 2003, vol. 504, iss. 1‒3, pp. 350‒353. DOI: 10.1016/S0168-9002(03)00768-X

The authors declare that there are no conflicts of interest present.