СЧЕТЧИКИ ФОТОНОВ ИК-ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЦА
В настоящее время в качестве счетчиков фотонов в основном используются полупроводниковые лавинные фотодиоды. Основным недостатком таких диодов является невозможность регистрировать и считать фотоны с энергией hv<0,8 эВ (>1,5 мкм), которые широко применяются в телекоммуникационных устройствах. Кроме того, они нуждаются в более жесткой стабилизации рабочего напряжения и имеют высокий уровень шума.
Предлагаемые высокочувствительные счетчики фотонов на основе кремния с многозарядными нанокластерами атомов марганца работают в области А=1,58 мкм, отличаются от существующих высокой световой чувствительностью и не требуют сложных технологических процессов изготовления.
При изготовлении опытных образцов счетчиков путем низкотемпературной диффузионной технологии были получены образцы кремния с максимальной кратностью заряда нанокластеров. Для этого в качестве исходного материала был использован монокристаллический кремний -типа с удельным сопротивлением р=5 Ом-см. Условия легирования выбирались таким образом, чтобы все примусные атомы марганца в решетке кремния находились в двукратно положительно заряженном (Mn++) состоянии и обеспечивали максимальное участие атомов марганца в формировании кластеров с наибольшими зарядовыми состояниями.
Концентрация таких кластеров атомов марганца в кремнии составляла N~10 см . Для исследования фотопроводимости образцы помешались в криостат, установленный на установке ИКС-21 и снабженный двумя фильтрами из полированного кремния, который обеспечивал защиту от фонового и собственного света. Мощность ИК-света изменялась с помощью прибора специальных фильтров, который калибровался с помощью прибора «Измеритель средней мощности и энергии лазерного излучения» типа ИМО-2Н.
Таким образом, результаты эксперимента показали, что зависимости фототока 1ф от времени падающих фотонов при hv=0,33 эВ, T=100 K в интервале времени t=0300 с, фототок увеличивается почти на 44,5 порядок, значение фототока 1ф переходит почти насыщенно и увеличивается всего лишь на 1 порядок (рис.1). Исследованием установлено, что кремний с нанокластерами атомов марганца считывает падающие фотоны ИК-света, соответствующие спектрам Солнечного излучения. На рис.2 представлено изменение фототока образца кремния с нанокластерами атомов марганца от времени освещения при различных энергиях падающих фотонов.
При продолжительности освещения более 5 мин фотопроводимость достигает насыщения, величина которого растет с увеличением энергии падающих фотонов. Начиная с энергии падающих фотонов hv=0,73 эВ, постоянная времени нарастания уменьшается, фототок быстро достигает своей максимальной величины.