Координатно-чувствительный приемник излучения на основе

В.И. ИВАНОВ, Ю.М. КАРПЕЦ, С.В. КЛИМЕНТЬЕВ
Дальневосточный государственный университет путей сообщения,
Хабаровск, Россия
КООРДИНАТНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК
ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТОНКОСЛОЙНОГО
КРИСТАЛЛА НИОБАТА ЛИТИЯ С ЭЛЕКТРОДАМИ
ИЗ РАЗНОРОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В работе представлено исследование координатно-чувствительного приемника
излучения на основе тонкослойной структуры металл-сегнетоэлектрик-металл.
Целью настоящей работы является разработка координатночувствительного приемника излучения постоянной или медленно меняющейся мощности, для которой чувствительность пироэлектрических приемников низка.
В качестве чувствительного элемента приемника использован легированный кристалл ниобата лития, в котором под действием падающего излучения возникает ЭДС, благодаря созданию в кристалле термоэлектретного и фотовольтаического полей [1–3].
Электроды чувствительного элемента выполнены полупрозрачными из
металлов с различной работой выхода, при этом электрод с меньшей работой выхода металла контактирует с входной гранью кристалла, а электрод с большей работой выхода металла – с его выходной гранью.
Наличие отрицательного постоянного термоэлектретного поля и положительного увеличивающегося фотовольтаического поля обеспечивает
смену знака результирующего поля при перемещении вдоль полярной оси
кристалла.
Выполнение легированного сегнетоэлектрического кристалла с ориентацией полярной оси под углом 2 – 5 к входной грани кристалла приводит во-первых, к созданию фотовольтаического поля и во-вторых, к перераспределению концентрации носителей заряда при экранировании поля
диполей вдоль полярной оси кристалла от минимального значения до
максимального, что приводит к увеличению напряженности фотовольтаического поля вдоль полярной оси от минимума до максимума.
Каждая пластинка легирована ионами железа валентностью +2 с концентрацией 0,3–0,5 % весовых. Данная концентрация делает кристалл
сильнолегированным. Электропроводность прыжкового типа в сильнолегированном сегнетоэлектрическом кристалле класса 3m зависит от темпе-
ратуры следующим образом  = 0exp(–(T0/T)0,25). В таком кристалле протекает ток, величина которого сильно изменяется с температурой.
Полярная ось кристалла чувствительного элемента лежит в плоскости XZ.
При этом градиент чувствительности разности потенциалов от координаты потока излучения направлен вдоль полярной оси кристалла.
При падении излучения на чувствительный элемент в нем создается
два электрических поля. В результате для данной координаты потока излучения постоянной мощности термоэлектретное и фотовольтаическое
поля суммируются, при этом отрицательное электретное поле компенсируется положительным полем фотовольтаического эффекта.
Координата потока излучения по оси X определяется по предварительно полученной градуировочной зависимости величины разности потенциалов в направлении полярной оси от положения пучка излучения.
В заключение отметим, что в чувствительном элементе, изготовленном
на базе сегнетоэлектрического кристалла, всегда есть точка, в которой
напряженность результирующего поля равна нулю. Наличие такой точки
позволяет всегда в кристалле точно определить начало координат. Точное
определение начала координат приводит к увеличению точности определения координат потока излучения, как постоянной, так и переменной
мощности.
Список литературы
1. Иванов В.И., Карпец Ю.М., Климентьев С.В. Координатная зависимость фото-ЭДС в
легированном кристалле ниобата лития с электродами из различных металлов//2-я Международная конференция молодых ученых и специалистов "Оптика-2001"/Сб. трудов, СанктПетербург. 2001. С. 15.
2. Иванов В.И., Карпец Ю.М., Климентьев С.В. Фото-ЭДС в легированном кристалле
ниобата лития с электродами из различных металлов//Люминесценция и сопутствующие
явления /Труды VII Всероссийской школы - семинара (Иркутск, 19-23 ноября 2001 г.). Под
ред. проф. Е.Ф. Мартыновича.– Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та. 2002. С. 74-76.
3. Ivanov V.I., Karpets Yu.M., Marchenkov N.V., Zdorovtsev G.G. Thermo-EMF in LiNbO3
crystals with different metal electrodes // Fundamental problems of Optoelectronics and Microelectronics, Yuri N. Kulchin, Oleg B. Vitrik, Vladimir I. Stroganov, Editors, Proceedings of SPIE.
2005. Vol. 5851. P. 415-419.