ITRM970341A1 - Sistema di rivelazione di radiazione infrarossa basato su sensori in silicio amorfo e sue leghe - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell’invenzione avente per titolo: ”SISTEMA DI RIVELAZIONE DI RADIAZIONE INFRAROSSA BASATO SU SENSORI IN SILICIO AMORFO E SUE LEGHE"

La presente invenzione concerne un sistema che permete la rivelazione di luce infrarossa (IR, con lunghezza d'onda λ>800 nm) con elevata sensibilità e reiezione delia luce a lunghézze d'onda inferiori.

Il sistema presentato si basa in particolare sulla misura della capacità in struture opportune realizzate in silicio amorfo, costituite da una giunzione p+-i-n+ , avente due eletrodi di connessione con l’esterno e realizzabile con le già note tecnologie per deposizione di film sotili. Gli strati indicati con p+ e n+ sono costituiti da materiali fortemente drogati rispettivamente con boro e fosforo, mentre lo strato i indica lo strato intermedio tra i due.

Le temperature durante l'intero processo di fabbricazione sono tali da permetterne la realizzazione su diversi substrati: ad esempio vetroso, plastico, metallico. Le tecnologie utilizzate ne consentono la fabbricazione su larga area e la conformazione in matrici bidimensionali a elevata risoluzione.

Un elemento fondamentale dell'invenzione è costituito dalle particolari caratteristiche richieste allo strato intermedio (i), che deve essere sede di numerosi difetti elettronici di tipo opportuno, grazie ai quali possono venire eccitate transizioni elettroniche che danno luogo al fenomeno della rivelazione della radiazione infrarossa (IR).

L'invenzione in oggetto si presta per:

- rivelare fenomeni accompagnati da emissione di calore, per esempio controllo di temperatura, mappe termiche, immagini notturne;

- strumentazione per il controllo della temperatura a distanza, in campo chimico fìsico e biologico;

- spettroscopia infrarossa.

I fenomeni fisici che intervengono nella rivelazione di radiazione infrarossa nelle strutture in silicio amorfo sono intrinsecamente più veloci di quelli che intervengono nella rivelazione della radiazione visibile per cui il sistema in oggetto si presta anche a svolgere la funzione di rivelatore di radiazione infrarossa condotta da fibre ottiche in sistemi di telecomunicazione ottica. In questo caso particolare il basso costo di realizzazione e la possibilità di essere depositato direttamente sul sistema ottico permettono un'elevata competitività con rivelatori attualmente esistenti.

L'invenzione può essere utilizzata nella realizzazione di:

- sistemi di rivelazione di incendi (la reiezione della luce visibile permette l'uso anche in pieno giorno);

- sistemi di mappatura termica di macchinari e quindi sistemi di controllo ed allarme;

- sistemi matriciali di rivelazione di immagini IR a elevata risoluzione; - sistemi di rivelazione di segnali su portante ottica IR.

II punto focale dell'invenzione risiede nella possibilità di assorbire radiazione infrarossa mediante transizioni tra banda estesa e difetti del semiconduttore in una particolare porzione della struttura adottata nell'invenzione. A questo scopo è fondamentale il tipo di difetti che vengono indotti mediante un'opportuna tecnica di deposizione nel semiconduttore dello strato intermedio i. Questi difetti infatti devono possedere la caratteristica di essere trappole per i portatori maggioritari, e non agire da centri di ricombinazione. In questo modo la radiazione IR può essere assorbita mediante una transizione indotta tra banda estesa e difetto. Il numero di difetti per unità di volume è però estremamente ridotto, se comparato con il numero di atomi del materiale per cui, anche nel materiale appositamente difettato, il tasso di assorbimento rimane relativamente basso se comparato ad un assorbimento legato alla transizione tra due bande estesa. E' cruciale in questo caso la natura dei difetti di tipo trappole, per accumulare la carica fotogenerata, e moltiplicare l'effetto di assorbimento. Iti queste condizioni l'assorbimento di luci IR altera profondamente la capacità della struttura e questo permette la rivelazione esterna. Nel metodo di rivelazione consiste il secondo punto di rilevante importanza dell’invenzione: è possibile rivelare la presenza di radiazione IR mediante la misura della capacità ai morsetti in presenza di una radiazione costante o lentamente variabile, oppure mediante la misura della corrente di carica e scarica della foto capacità in presenza di rapide variazioni di intensità di radiazione.

Nella presente invenzione la rivelazione di radiazione è resa possibile dai seguenti accorgimenti:

- l'elettrodo frontale è una griglia metallica che offre alla luce incidente delle aree aperte attraverso cui la luce può passare, oppure è un elettrodo conduttore e trasparente alla radiazione IR;

- lo strato frontale drogato è sufficientemente sottile da non assorbire apprezzabilmente la radiazione IR;

- la presenza di difetti di tipo trappole permette l'assorbimento di un fotone IR mediante l'eccitazione di un elettrone; nella versione preferita dagli inventori la struttura è tale che questa transizione è principalmente costituita da eccitazione di elettroni dalla banda di valenza verso le trappole; come è noto si definiscono difetti in un cristallo le alterazioni delia configurazione di legame che nel cristallo si ripete periodicamente, in un semiconduttore, e nel seguito della presente descrizione, in particolare si definiscono col termine di difetti quelle alterazioni cui corrisponde uno stato elettronico localizzato con energia compresa all’interno del gap proibito, e quindi in grado di cambiare il proprio stato di carica intrappolando un elettrone o una lacuna, a seconda del tipo di difetto, differenti alterazioni delle configurazioni danno luogo a differenti tipi di difetti, caratterizzati da diverse energie e diverse sezioni di cattura;

- la presenza di difetti di tipo trappole, con bassa probabilità di transizione verso la banda estesa più lontana riduce fortemente il fenomeno di ricombinazione dando luogo a un elevato accumulo di carica;

- la struttura presenta una rilevante differenza di capacità con o senza le cariche accumulate a causa dell'assorbimento delle radiazioni. A questo scopo il materiale dello strato intermedio i della struttura p-i-n, è costituito da materiale con le seguenti proprietà: a) che contenga prevalentemente lacune e b) che sia sede di difetti di tipo trappole. Questo materiale può essere costituito o da silicio amorfo debolmente drogato di tipo p, oppure da silicio amorfo contenente droganti di entrambi i tipi, in concentrazione estremamente ridotta e per questo definito microcompensato.

Attualmente esistono in commercio numerosi rivelatori di radiazione infrarossa, basati fondamentalmente su due fenomeni:

a) bolometri e piroelettrici costituiti da microstrutture che illuminate dalla radiazione cambiano la loro temperatura. Nei bolometri il cambiamento di temperatura corrisponde ad un cambiamento di resistenza che può essere misurato, mentre nei rivelatori piroelettrici il cambiamento di temperatura corrisponde ad un cambiamento del momento di dipolo elettrico della struttura cristallina, e questo dà luogo a carica misurata esternamente al distailo tramite accoppiamento capacitivo;

b) assorbimento di fotoni mediante generazione di coppie elettrone-lacuna, rivelati attraverso fotocorrente in giunzioni oppure variazione di resistività in fotoresistenze.

Sia nei bolometri che nei rivelatori piroelettrici, l'assorbimento non necessita di generazione di portatori e quindi le bande di assorbimento sono estremamente più estese, ma la capacità termica del componente può ridurre drammaticamente la velocità di rivelazione.

Nel secondo caso i rivelatori a giunzione mostrano una più alta velocità di risposta in quanto le cariche fotogenerate vengono trascinate dalla presenza di un campo elettrico per essere velocemente raccolte dagli elettrodi esterni. Le foto resistenze presentano un elevato guadagno ottico, definito come rapporto tra corrente in condizioni di luce e corrente in condizioni di buio, ma risultano di contro estremamente lente in quanto le cariche fotogenerate, una volta terminata la radiazione, non possono essere rimosse dalla presenza di un campo elettrico ma scompaiono soltanto per effetto della ricombinazione.

Nei normali fotorivelatori la transizione tra banda di valenza e banda di conduzione richiede un'energia dei fotoni superiore o uguale al gap di energia proibita del semiconduttore. Per la costruzione di fotorivelatori di radiazione IR sono stati sviluppati appositi materiali semiconduttori a bassa gap, quali HgCdTe, PbSnTe, InSb, InAs. La tecnologia di tali materiali risulta estremamente complessa ed i cristalli ottenibili sono di dimensioni estremamente ridotte. I costi sono altresi elevati. Di contro la tecnologia del silicio amorfo idrogenato sulla quale questa invenzione si basa ha avuto un notevole sviluppo per applicazioni quali celle solari, e quindi è per elezione rivolta a applicazioni su larga area, ha costi estremamente ridotti, e non presenta particolari problemi tecnologici da risolvere. Purtroppo il silicio amorfo idrogenato ha una gap di 1,7 eV, che permette la rivelazione di luce soltanto nel visibile, ma limita l'assorbimento nelt'IR. L‘ energia può essere ridotta aggiungendo una percentuale di germanio e formando una lega silicio-germanio, ma le caratteristiche del materiale degradano rapidamente cosi che le coppie elettrone lacuna fotogenerate non riescono a essere rivelate.

La difficoltà di realizzare rivelatori di luce IR in silicio amorfo può essere osservata dalla sersità di risultati presenti nella letteratura tecnica. A conoscenza degli inventori è stato presentato un rivelatore realizzato in silicio amorfo, però basato sull'effetto di moltiplicazione a valanga dei portatori fotogenerati'. Questo componente lavora a forti tensioni inverse, con conseguente rischio di aumento del rumore, ciò nonostante, ha un'efficienza estremamente bassa.

La presente invenzione supera il problema della limitazione dovuta alla gap elevata sfruttando l'assorbimento tra banda estesa e difetti localizzati.

L'importanza dell'invenzione risiede quindi nell’aprire nuove applicazioni ad una tecnologia di basso costo e ben collaudata come quella del silicio amorfo idrogenato.

L'invenzione in oggetto si presenta con caratteristiche centrali tra i due sistemi descritti in a) e b):

- non richiede variazione apprezzabile di temperatura della struttura e quindi non è rallentata dalla capacità termica;

- il suo spettro di sensibilità non è limitato dal gap del semiconduttore perchè strutta le transizioni tra banda estesa e difetti;

- i tempi di rivelazione sono brevi, essendo le cariche necessarie alla transizione presenti nella banda estesa in gran numero, quali portatori maggioritari, ed essendo presente il campo elettrico della giunzione.

Con l’invenzione presentata viene effettuata inoltre un'operazione di ottimizzazione dello spessore dello strato assorbitore; infatti uno spessore elevato fornisce una significativa differenza di capacità tra la condizione illuminata e la condizione al buio. Di contro i tempi di risposta peggiorano, in quanto uno spessore elevato corrisponde a una più alta resistenza serie, che i portatori devono attraversare per essere introdotti ed estratti dalla struttura. Un’ operazione di ottimizzazione è stata anche effettuata nella scelta della tecnologia di deposizione del materiale intermedio i. Infatti la possibilità di intrappolare cariche è alla base del fenomeno di rivelazione, ma un eccessivo aumento dei difetti, inevitabilmente dando luogo anche a ricombinazione, riduce la carica totale rivelata e quindi la sua sensibilità. A questo fine è di rilevante importanza la scelta di un materiale debolmente drogato o microcompensato.

La scelta del drogaggio dello strato intermedio i è inoltre crìtica per determinare la banda di assorbimento in quanto la carica in esso accumulata determina la posizione del livello di Fermi e l'occupazione degli stati nella porzione centrale della struttura (vedi Fig. I), l’occupazione a sua volta determina quindi quali difetti siano liberi da portatori e quindi possano accettare la transizione di un elettrone dalla banda di valenza causando l'assorbimento di un fotone IR (vedi Fig. 3).

Prima di passare alla descrizione di una versione dell’invenzione è opportuno richiamare alcuni concetti che sono essenzialmente legati alla realizzazione dcH'invcnzione e che sono stati frutto di autonoma ricerca degli inventori.

Capacità in strutture sottili di silicio amorfo.

Come già detto la capacità della struttura è elemento base per la rivelazione. Sono stati effettuati dagli inventori numerosi studi sui valori che la capacità assume in strutture a film sottili di silicio amorfo, in particolari su celle p-in, ove il materiale intermedio i è da considerare "intrinseco" cioè non drogato. In tali strutture la capacità dipende dal valore della polarizzazione applicata alla struttura, dalla frequenza del segnale sinusoidale di test e dalla temperatura, in quanto la maggior parte della carica accumulata nella struttura è dovuta a portatori intrappolati in stati di difetto del materiale intrinseco2-3.

Il numero di difetti elettronici in un semiconduttore amorfo dipende sostanzialmente dai processi tecnologici relativi alla deposizione. In particolare il materiale definito "intrinseco", privo di drogaggio e depositato a temperature intorno a 300°C, in presenza di idrogeno fornisce il minor numero di difetti. Tale numero è intorno a 10<1 >cm<- >Questi difetti producono una carica elettrica intrappolata molto superiore a quella dei portatori liberi presenti nel materiale e per questo determinano la condizione elettrica della struttura, ed in particolare il campo elettrico in essa presente, in misura maggiore dei portatori liberi. Gli inventori, insieme a altri, hanno svolto un'accurata analisi di detto fenomeno con analisi numerica e sperimentale delle occupazioni elettroniche e della distribuzione del campo elettrico in vari tipi di giunzione<4>.

Difetti in silicio amorfo debolmente drogato ed in silicio amorfo microcompensato

La presenza di atomi droganti, aumenta il numero di difetti elettronici del silicio amorfo<5>, proporzionalmente al numero di impurezze droganti. Nel silicio amorfo debolmente drogato è stata mostrata la presenza di un ulteriore tipo di difetti caratterizzati dalla tendenza a intrappolare lacune<6>. Gli inventori insieme ad altri hanno mostrato come questo tipo di difetti sia estremamente abbondante in silicio amorfo microcompensato, determinandone il comportamento sotto illuminazione, e dando luogo in particolare a un’elevata fotoconducibilità<7>. Uno degli autori insieme ad altri ha mostrato che il silicio amorfo a basse concentrazioni di drogaggio presenta un comportamento intermedio tra drogato e mtcrocom pensato con difetti ridotti ed una rilevante presenza di trappole per lacune <8 >L'invenzione viene ora descritta in base a una versione attualmente preferita dagli inventori e facendo riferimento alle seguenti figure allegate:

Fig. 1 - struttura fisica dell'invenzione.

Fig. 1a- vista dall'alto della struttura del semiconduttore.

Fig. 1b- sezione trasversale della struttura del semiconduttore.

Fig. 2 - Diagramma a bande atteso all’ intemo della struttura.

Fig. 3 - Rappresentazione della densità di difetti nella gap proibita e della loro occupazione elettronica nello strato di semiconduttore intermedio della struttura, con e senza illuminazione.

Fig. 4 - Circuito esterno di misura della foto capacità.

Fig. 5 - Rappresentazione schematica delta capacità attesa a diverse frequenze con e senza illuminazione infrarossa.

Fig. 6 - Circuito esterno di misura del transiente di corrente dovuto a cambiamenti del valore di capacità.

Nella struttura fisica dell’invenzione, riportata in Fig. 1 sono visibili:

1 strato intermedio in silicio amorfo leggermente drogato o icrocompensato; 2 strato drogato n

3 strato drogato p

4 contatto posteriore

5 contatto superiore a griglia metallica

6 substrato

Nel diagramma a bande atteso all’ interno della struttura riportato in Fig 2 sono indicate le posizioni energetiche delle bande elettroniche nei materiali: ed in essa vengono riportati:

1 strato intermedio in silicio amorfo leggermente drogato o microcompensato;

2 strato drogato n;

3 strato drogato p;

Nel circuito esterno di misura della foto capacità di Fig. 4 sono visibili: 1 strato intermedio in silicio amorfo leggermente drogato o microcompensato;

2 strato drogato n;

3 strato drogato p;

4 contatto posteriore;

5 contatto superiore a griglia metallica;

6 substrato;

7 misuratore di capacità.

Nel circuito esterno di misura del transicnte di corrente sono visibili:

1 strato intermedio in silicio amorfo leggermente drogato o microricompensato.

2 strato drogato n;

3 strato drogato p;

4 contatto posteriore;

5 contatto superiore a griglia metallica;

6 substrato;

8 sistema di rivelazione di coerente o amplificatore lock-in,

9 modulatore di luce;

10 pilotaggio del modulatore e segnale di riferimento per la demodulazione;

11 canale di trasmissione.

In Fig. 1 è evidenziata la necessità di uno strato intermedio tra i due strati drogati p<+ >e n<+ >di silicio amorfo al line di formare ia giunzione rettificante. Questo strato intermedio non deve essere eccessivamente difettato altrimenti percorsi attraverso i difetti mascherano la presenza della giunzione. Esso può quindi essere composto da materiale debolmente drogato, a esempio p<- >Nella versione attualmente preterita dagli inventori, questo drogaggio può essere da 100 a 1000 parli per milione, in percentuale di gas durante la scarica. In alternativa si può utilizzare materiale in cui siano presenti sia fosforo che boro in concentrazioni estremamente basse, e tali da bilanciare tra di loro la carica. Il materiale intrìnseco così ottenuto è detto microcompensato. Nella versione attualmente preferita dagli inventori questo drogaggio può essere da 0,1 a 100 parti per milione, in percentuale di gas durante la scarica. Quest’ultimo materiale è preferito dagli inventori in quanto, rispetto a materiali debolmente drogati, ha mostrato una più alta densità di difetti di tipo trappole di lacune cd una più bassa densità di difetti ricombinanti. Relativamente alla Fig. Ib, bisogna tener presente che le dimensioni reali degli strati saranno discussi qualitativamente nel testo del brevetto. Nel disegno i rapporti fra le dimensioni non sono mantenuti per necessità grafiche. Nella versione attualmente preferita dagli inventori lo strato drogato n<+ >ha spessore di 200 À, mentre lo strato drogato p<+ >ha spessore 150 À. Le dimensioni di tali strati possono essere variate secondo le esigenze.

Osservando la Fig. la si nota che la radiazione luminosa penetra nel dispositivo amorfo attraverso le regioni aperte della griglia e attraversa serialmente gli strati (Fig. lb): n<+>, intermedio (microcompensato oppure ρ<'>), p<+>

L'ordine dei vari strati è invertibile nel senso che il primo strato attraversato potrebbe essere p<+>, poi lo strato intermedio (microcompensato oppure drogato n’ ) ed infine n<+>.

La grìglia metallica in figura, che costituisce il contatto superiore, può essere costituito anche da uno strato di ossido conduttore trasparente alla radiazione IR. Ancora la luce potrebbe giungere dal basso nel caso il substrato fosse trasparente alla radiazione IR e coperto da ossido conduttore trasparente..

Nella struttura di Fig. 1, la radiazione assorbita dal primo strato n<+>, detto strato finestra, non può essere sfruttata in quanto lo strato è fortemente drogato e dà luogo a veloce ricombinazione. La maggior parte della radiazione penetra nello strato intermedio, ed in parte viene assorbita come transizione tra banda di valenza e difetti.

Il cambiamento di occupazione nello strato intermedio produce una ridistribuzione del campo elettrico nella struttura. In particolare un aumentato numero di elettroni intrappolati aumenta l'intensità del campo elettrico nella porzione tinaie della strato intermedio, quella in prossimità dello strato drogato n<+ >(vedi Fig. 2). Questo corrisponde a un aumento della capacità della struttura.

Affinché avvenga la transizione è necessario che esista un difetto non occupato da elettroni, neH'approssimazione cosi detta a gradino questo significa che soltanto i difetti con energia al di sopra del livello di Fermi (Ef) possano accettare la transizione di un elettrone dalla banda di valenza, come mostrato in Fig. 3. La distanza del livello di Férmi dalla banda di valenza determina quindi la minima energia dei fotoni che possono essere assorbiti e quindi il limite inferiore dello spettro del rivelatore. Per questa ragione si è scelta una struttura con lo strato intermedio drogalo debolmente p, in modo che per una certa porzione dello strato intermedio i il livello di Fermi rimane prossimo alla banda di valenza, riducendo l'energia necessaria alla transizione ed estendendo lo spettro di assorbimento. Ugualmente bene funziona un materiale microcompensato, il quale, attraverso esperimenti, ha mostrato un comportamento di tipo p se depositato all'intemo della struttura a partire da uno strato fortemente drogato p<+>.

Da quanto, detto si evince la possibilità di modulare a livello di progettazione lo spettro di assorbimento del dispositivo cambiando lo stato di drogaggio del materiale intermedio i

Nella versione attualmente preferita dagli inventori, lo spessore ottimale dello strato intermedio è risultato da esperimenti essere intorno al 1μm. Spessori maggiori danno luogo a un sensibile rallentamento dei tempi di lettura, anche se aumentano la quantità di radiazione assorbita e quindi la variazione di capacità.

La presenza di un numero elevato di difetti nello strato intermedio i previene la possibilità di ottenere fotocorrente dovuta a generazione da radiazione visibile (con energia superiore alla gap). Infatti portatori minoritari fotogenerati vengono rapidamente ricombinati a causa dell'elevato numero di difetti. Inoltre in caso di radiazione con energia pari o maggiore a metà dell'energia della gap, si verìfica la presenza contemporanea sia di transizioni di elettroni dalla banda di valenza verso difetti sia transizioni da difetti verso la banda di conduzione. La presenza contemporanea dei due processi fa si che la carica accumulata si neutralizzi rìducendo gli effetti della radiazione visibile sulla capacità. Si può quindi rivendicare una capacità di reiezione della luce visibile da parte del sistema di rivelazione in oggetto.

In Fig. 4 viene riportato lo schema di misura, utilizzando strumentazione usualmente adoperata per misure di precisione di capacità. Un segnale sinusoidale di tensione viene applicato alla struttura alterando la distribuzione di cariche libere. La capacità risulta proporzionale alla corrente in quadratura (sfasata di 90°) che penetra nella struttura. L’effetto di inlrappolamento determina per la maggior parte la capacità della struttura ed è aumentato dalla presenza di assorbimento della luce IR.

In Fig. 5 viene riportato l’andamento della capacità attesa a diverse frequenze, al buio ed in presenza di radiazione IR. Si nota un sensibile aumento della capacità in presenza di assorbimento di radiazione IR, che rende il sensore atto a svolgere la rivelazione IR. Si nota altresì una diminuzione della capacità a i'requenze elevate, in quanto tale capacità è in gran parte dovuta a fenomeno di intrappolamento in difetti che richiede generazione termica ed è quindi relativamente lento. Questo processo di rivelazione è quindi adatto per radiazioni costanti o lentamente variabili. In Fig. 6 viene riportalo uno schema alternativo per la rivelazione di segnali luminosi rapidamente variabili. In questo caso non sì misura direttamente la capacità, bensì si misura la corrente dovuta alle cariche alternativamente immagazzinate e rilasciate dalla struttura quando questa rispettivamente aumenta o diminuisce la sua capacità a seguito dell'alternarsi di intensità di illuminazione con radiazione IR, In questo secondo schema il processo di generazione di cariche è stimolato dall'assorbimento del fotone IR e quindi è intrinsecamente "veloce"; il processo di acquisizione è quindi limitato soltanto dalle capacità parassite del componente ed eventualmente del sistema di misura. Questo schema di rivelazione è adatto per demodulare segnali su portante ottica IR. Nei caso di misure dì altissima sensibilità il sistema di misura della corrente dovrebbe essere di tipo coerente ad esempio di tipo lock-in ed è stato scelto degli inventori per essere riportato come esempio di rivelazione di segnali luminosi rapidamente variabili in Fig. 6.

La tecnica di deposizione utilizzata per la realizzazione del fotorivelatore in questione è quella nota della deposizione di film di materiale amorfo, gli inventori si riferiscono preferibilmente alla tecnica detta "deposizione chimica da fase vapore arricchita da plasma" (Plasma enhanced Chemical vapor deposition PECVD), ma altre tecniche permettono di ottenere materiali adatti all'invenzione. La deposizione di materiale amorfo può essere effettuata su substrati di tipo vetroso, plastico, metallico, ceramico, anche opaco, anche flessibile, su cui sia stato preventivamente depositato un film di materiale conduttore. Inoltre detta tecnica consente Ja fabbricazione su aree qualsiasi, anche mollo grandi, se la macchina di deposizione è appositamente predisposta. Sfruttando quanto detto e le tecniche di foto litografi a in uso, si possono realizzare matrici bidimensionali di larga area di tali fotorivelatori. La tecnica di fotolitografia permette di ottenere elevata risoluzione per il singolo pixel. Inoltre per un ulteriore aumento del l'efficienza di rivelazione si può usare un elettrodo posteriore riflettente per la radiazione IR. In questo caso la radiazione non assorbita viene riflessa ed attraversa di nuovo la struttura.

La struttura a diodo sensibile alla radiazione IR può essere accoppiata con una struttura sensibile alla radiazione visibile, realizzabile sempre con la medesima tecnica di deposizione di silicio amorfo per sovrapposizione di ulteriori strati, ad esempio una ulteriore cella p-i-n avente in questo caso la strato intermedio i non è difettato ma semplicemente intrinseco. Strutture opportune possono essere aggiunte per rivelare luce ultravioletta, come quelle descritte in una domanda di brevetto precedente, depositata il 9.2.1995, Verbale N° RM95A000073".

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di rivelazione di radiazione infrarossa, caratterizzato dal fatto di basarsi sulla misura delle variazioni di capacità indotte dalla radiazione su una struttura costituita da una sovrapposizione di film sottili di silicio amorfo (1) (2) (3), posta tra due elettrodi (5) (6) , (Fig.l), in cui la struttura è costituita da uno strato intermedio (1) realizzato in silicio amorfo, compensato a basse concentrazioni di drogante, cioè drogato in silicio amorfo leggermente drogato, ed essendo detto strato contenuto tra due strati drogati di tipo p uno (3) e di tipo n l’altro (2).
2. 2. Sistema di rivelazione di cui alla Riv. 1, caratterizzato dal fatto che la struttura viene realizzata con uno strato intermedio (1), realizzato in leghe di silicio amorfo, in particolare silicio-germanio oppure silicio-carbonio.
3. 3. Sistema di rivelazione, secondo la Riv. 1, caratterizzato dal fatto che la radiazione raggiunge il rivelatore attraverso un’apertura a griglia praticata sullelettrodo superiore.
4. 4. Sistema di rivelazione, secondo la Riv. 1, caratterizzato dal fatto che la radiazione raggiunge il rivelatore, attraverso un elettrodo continuo, diverso dalla griglia, purché si verifichi una delle seguenti condizioni: - che l’elettrodo superiore sia conduttore e trasparente alla radiazione infrarossa; oppure - che il substrato (6) sia trasparente alla radiazione infrarossa e coperto da un conduttore trasparente alla radiazione infrarossa. (4), in modo che essa (radiazione) possa attraversarlo.
5. 5. . Sistema di rivelazione, secondo le precedenti Rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l'effetto della radiazione assorbita viene misurato: - come variazione della capacità ai morsetti della struttura misurala con apposito capacimetro (7); - come variazioni della corrente che attraversa la struttura, a seguito della variazione della capacità della struttura stessa dovuta ad assorbimento di radiazione infrarossa di intensità variabile(7).
6. 6. Sistema di rivelazione secondo la Riv. 4, caratterizzato dal fatto che le variazioni di corrente vengono rivelate con sistema di autocorrelazione sincrono con le variazioni della radiazione (8) (9) (10).
7. 7. Sistema di rivelazione, secondo la Riv. 1 , caratterizzato dal fatto di poter essere realizzato con materiali diversi, purché rispondenti alle caratteristiche funzionali desiderate.
8. 8. Sistema di rivelazione, secondo le precedenti Rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di utilizzare una matrice di fotorivelatori ognuno costituito da una struttura (Fig. lb), conformata nelle dimensioni opportune, al fine di ottenere un’immagine nello spettro IR.
9. 9. Sistema di rivelazione, secondo la Riv. 1, caratterizzata dal fatto di essere in grado di modificare lo spettro di rivelazione, modificando il processo di deposizione dello strato intermedio (l) della struttura (Fig. lb). - modificando la polarizzazione applicata alla struttura (Fig. lb).
10. 10. Sistema di rivelazione, secondo la Riv. 1, caratterizzato dal fatto di essere in grado di modificare lo spettro di rivelazione modificando la polarizzazione applicata alla struttura (Fig. lb).
11. 11. Sistema di rivelazione, secondo le precedenti Riv., caratterizzato dal fatto di poter essere realizzato direttamente su sistemi ottici di comunicazione, quali sistemi di ottica integrala o fibre ottiche.
12. 12. Sistema di rivelazione, secondo le precedenti Rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di poter essere accoppiato in strutture monolitiche con rivelatori in silicio amorfo per lo spettro visibile o ultravioletto.