|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] Предложено магнитно-поляризованное фотонное устройство. Магнитно-поляризованное фотонное устройство (100) включает в себя подложку (102), аннигиляционный слой (106) и слой (142) с переменной шириной запрещенной зоны. Аннигиляционный слой (106) помещен на поверхности (104) подложки (102), со слоем (142) с переменной шириной запрещенной зоны, расположенным на аннигиляционном слое (106). На концах (146, 150) магнитно-поляризованного фотонного устройства (100) расположены контакты (116, 128). К слою (142) с переменной шириной запрещенной зоны и аннигиляционному слою (106) прикладывается магнитное поле (159), чтобы привести заряды в движение к контактам (116, 128). 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
Предложено магнитно-поляризованное фотонное устройство. Магнитно-поляризованное фотонное устройство (100) включает в себя подложку (102), аннигиляционный слой (106) и слой (142) с переменной шириной запрещенной зоны. Аннигиляционный слой (106) помещен на поверхности (104) подложки (102), со слоем (142) с переменной шириной запрещенной зоны, расположенным на аннигиляционном слое (106). На концах (146, 150) магнитно-поляризованного фотонного устройства (100) расположены контакты (116, 128). К слою (142) с переменной шириной запрещенной зоны и аннигиляционному слою (106) прикладывается магнитное поле (159), чтобы привести заряды в движение к контактам (116, 128).
2420-526189ЕА/092 МАГНИТНО-ПОЛЯРИЗОВАННОЕ ФОТОННОЕ УСТРОЙСТВО
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение в целом относится к производству энергии, фотонному отклику и магнитно-поляризованным фотонным устройствам и, в частности, к магнитно-поляризованным фотонным устройствам и способам их изготовления. ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] За последние несколько лет возрос интерес к возобновляемым и экологичным источникам энергии, что подтолкнуло исследования и разработки многих источников энергии. В частности, значительные исследования и разработки фокусировались на фотоэлектрической энергии и ее генерации. В принципе, обычные фотоэлектрические элементы были разработаны еще в 1958 г. в Bell Laboratories, в которых использовался диффузионный кремниевый р-n переход. Хотя эффективность этих обычных устройств с диффузионным кремниевым р-n переходом улучшалась за десятилетия, наилучшие обычные устройства с диффузионным кремниевым р-n переходом имеют эффективность, не превышающую двадцать три процента (23%) . Хотя, конечно, за эти годы произошло улучшение эффективности этих устройств с диффузионным кремниевым р-n переходом, стало очевидно, что имеются фундаментальные ограничения той эффективности, которая может быть достигнута устройствами с диффузионным кремниевым р-п переходом. Кроме того, стоимость кремниевых подложек, используемых для изготовления обычных фотоэлектрических элементов, остается высокой, делая стоимость обычных фотоэлектрических элементов неконкурентными в сравнении с альтернативными технологиями.
[0003] Введение в практику обычных многопереходных фотоэлектрических устройств приблизительно в 197 6 г. продемонстрировало значительно лучшую эффективность, которая улучшалась за десятилетия и достигла значений, составляющих до примерно сорока трех процентов (43,0 процента). Хотя это значительно лучше, чем у обычного устройства с диффузионным кремниевым р-n переходом, все же многопереходные
фотоэлектрические устройства оказываются не достаточно эффективными для некоторых применений. Более важно то, что эффективность и обычного устройства с диффузионным кремниевым р-n переходом, и обычного многопереходного фотоэлектрического устройства достигла насыщения в течение по меньшей мере прошлого десятилетия, а также и на обозримое будущее. Есть мало оснований предполагать, что удастся получить значительно большую эффективность с обычными устройствами.
[0004] И обычное устройство с диффузионным кремниевым р-п переходом, и многопереходные фотоэлектрические устройства имеют некоторые общие проблемы. Хотя в некоторых случаях каждый тип устройства имеет свои специфические проблемы. Одна проблема, или недостаток, заключается в том, что оба типа обычных устройств построены как дискретные устройства. Например, обычное устройство с диффузионным кремниевым р-n переходом, которое построено имеющим ширину запрещенной зоны 1,1 эВ, будет эффективно захватывать свет с энергией 1,1 эВ. Любая энергия света ниже энергии 1,1 эВ запрещенной зоны не захватывается. Кроме того, любая энергия света выше энергии 1,1 эВ запрещенной зоны теряется и не попадает в производительное использование. Более конкретно, фотоэлектрический элемент с шириной запрещенной зоны 1,1 эВ, который поглощает фотон 1,2 эВ, эффективно преобразует 1,1 эВ из 1,2 эВ энергии фотона и теряет 0,1 эВ разности. Аналогично, фотоэлектрический элемент с шириной запрещенной зоны 1,1 эВ, который поглощает фотон 2,2 эВ, эффективно преобразует 1,1 эВ из 2,2 эВ энергии фотона и теряет дополнительно 1,1 эВ энергии фотона. То же самое справедливо для любого устройства с одним переходом с данной энергией запрещенной зоны. Помимо этого эффекта, кремний известен как непрямозонный материал, в противоположность материалам III/V, которые являются обычно, но не исключительно, прямозонными материалами. Фотоэлектрические устройства, выполненные с непрямозонными материалами, дополнительно теряют энергию вследствие их неспособности полностью поглотить фотоны с энергией, равной и несколько большей их ширины запрещенной зоны.
[0005] Обычные многопереходные устройства представляют собой также дискретные устройства; однако, поскольку обычные многопереходные устройства обычно строятся с использованием материалов III/V и германиевых подложек, многопереходные устройства могут быть пакетированы вертикально поверх друг друга, тем самым допуская вертикальный пакет энергий запрещенной зоны, что не допустимо при использовании кремниевой подложки. Однако, как отмечено выше, если запрещенная зона перехода проектируется и строится для захвата фотонов с энергией 1,1 эВ, переход будет эффективно захватывать 1,1 эВ энергии фотонов, но не будет захватывать другие фотоны с меньшей энергией и будет терять энергию фотона выше 1,1 эВ. Чтобы эффективно захватывать фотоны другой энергии, на подложке строятся и пакетируются другие переходы с запрещенной зоной. Как правило, эти другие переходы настроены на 1,5 эВ энергии запрещенной зоны, 1,2 эВ энергии запрещенной зоны и 0,8 эВ энергии запрещенной зоны, тем самым давая трехпереходное устройство, которое может захватывать фотоны с более чем 1,5 эВ в устройстве на 1,5 эВ и захватывать фотоны с энергией между 1,2 эВ и 1,5 эВ в устройстве на 1,2 эВ, и захватывать фотоны с энергией между 0,8 эВ и 1,2 эВ в устройстве на 0,8 эВ. Однако, фотоны с меньшими уровнями энергии, чем 0,8 эВ, не захватываются вовсе и теряются и не используются. Кроме того, как описано ранее, дополнительная энергия каждого фотона, выше энергии запрещенной зоны перехода, в котором он поглощается, также теряется. Как пример, фотон с 1,4 эВ, который поглощается переходом с шириной запрещенной зоны 1,2 эВ, теряет 0,2 эВ своей энергии и только остающиеся 1,2 эВ энергии преобразуется эффективно. Другая слабость, характерная для многопереходных устройств - это требование, чтобы ток в устройстве проходил в обратном направлении относительно обычного диодного тока на переходах между смежными пакетированными переходами. Это достигается легированием полупроводникового материала в этих переходных областях с чрезвычайно высокими концентрациями элементов n-типа и р-типа, так что диодная структура становится туннельным диодом, пригодным для пропускания тока в обратном
направлении. Эти туннельные диоды не являются совершенными проводниками электричества и привносят механизм потерь, характерный для многопереходных устройств.
[ООО б] Таким образом, можно видеть, что и обычные
устройства с диффузионным кремниевым р-n переходом, и
многопереходные фотоэлектрические устройства имеют
фундаментальные проблемы вследствие характерных проблем в их базовой конструкции - невозможность захватывать и преобразовывать все фотоны, которые попадают на них, в свободные электроны и свободные дырки. По сути, имеются присущие им проблемы неэффективности, которые возникают из-за материалов, используемых при изготовлении этих устройств, и того способа, которым эти устройства разработаны и спроектированы.
[0007] Оба типа фотоэлектрических устройств - обычные многопереходные фотоэлектрические элементы и обычные устройства с диффузионным кремниевым р-n переходом - более эффективны, когда на принимающую поверхность устройства любого типа попадает сконцентрированное число фотонов или увеличенная интенсивность фотонов. Однако здесь также возникает проблема, поскольку концентрирование фотонов требует разработки инфраструктуры, которая концентрирует фотоны на сами устройства. Эта инфраструктура требует разработки, материалов, конструирования и точности. Все это увеличивает сложность и стоимость изготовления и реализации фотоэлектрических устройств на рынке. Кроме того, другая проблема заключается в том, что когда фотоны встречают препятствия, например, облачный покров или тень, эффективность сильно снижается, если не устраняется совсем.
[0008] Другая проблема с многопереходными устройствами заключается в том, что оказывается невозможным поместить бесконечное число переходов в устройстве, чтобы увеличить возможность захвата и преобразования фотонов в полезные свободные электроны и свободные дырки. Кроме того, оказывается невозможным сделать фотоэлектрическое устройство произвольной толщины. Толщина фотоэлектрического устройства вне фактического
перехода должна составлять приблизительно одну диффузионную длину, причем диффузионная длина - это приблизительная длина траектории, по которой носитель заряда может проходить в объеме кристаллической решетки без электрического поля прежде, чем с носителем заряда произойдет событие рекомбинации. Диффузионная длина обычно зависит от используемого полупроводникового материала, легирования полупроводникового материала и совершенства полупроводникового материала. Обычно нет оптимальных заданных условий для всех факторов. Условия выбираются в каждом конкретном случае для каждого применения. Однако справедливо утверждать, что имеется баланс компромиссов, причем, если вы уменьшите число свободных электронов вследствие легирования, то увеличивается сопротивление; если вы увеличите число свободных электронов вследствие легирования, то сопротивление снижается, но сокращается диффузионная длина. Таким образом, в обычных фотоэлектрических устройствах идеальные настройки параметров не могут быть достигнуты, а вместо этого достигается компромисс настроек и/или факторов, что дает устройство, которое не обеспечивает совершенные рабочие характеристики, но только такой компромисс факторов, когда обеспечивается наилучшие рабочие характеристики для данного полупроводникового материала и имеющейся окружающей среды.
[0009] Соответственно, проектирование и изготовление обычных фотоэлектрических устройств имеют несколько характерных проблем, которые ограничивают достижение истинного потенциала обычных фотоэлектрических устройств на рынке, а также ограничивают и физические перспективы. Вследствие фундаментальных ограничений конструкции, фундаментальных ограничений материалов и производственных ограничений, затраты при производстве обычных фотоэлектрических устройств оказываются высокими. Изготовление, материалы и присущие фундаментальные проблемы сильно как ограничивают рабочие характеристики обычного фотоэлектрического элемента, так и снижают гибкость конструирования архитектуры системы. Для обеспечения возможности улучшенной оптимизации, конструкции,
эффективности и повышения рабочих характеристик
фотоэлектрических устройств, а также гибкости конструирования,
необходима новая фотоэлектрическая архитектура и
соответствующая конструкция. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0010] Если формулировать кратко и в различных
представительных аспектах, настоящее изобретение предоставляет
магнитно-поляризованное фотонное устройство, использующее
переменную (градиентную) ширину запрещенной зоны. Магнитно-
поляризованное фотонное устройство имеет первую, вторую, третью
и четвертую поверхности. При этом первая и вторая поверхности
практически параллельны, и при этом третья и четвертая
поверхности практически параллельны, а третья и четвертая
поверхности практически перпендикулярны первой поверхности.
Первый контактный элемент с пятой и шестой поверхностью
электрически связан с четвертой поверхностью полупроводникового
устройства, и второй контактный элемент, имеющий седьмую
поверхность и восьмую поверхность, со вторым контактом,
электрически связанным с третьей поверхностью
полупроводникового устройства.
[ООН] Дополнительные преимущества настоящего изобретения будут сформулированы в нижеследующем разделе "Подробное описание" и могут стать очевидными из раздела "Подробное описание", или могут быть усвоены при практическом осуществлении примерных вариантов реализации изобретения. Также и другие преимущества изобретения могут быть реализованы посредством любого из средств, способов или сочетаний, конкретно указанных в формуле изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] Представительные элементы, функциональные признаки, применения и/или преимущества настоящего изобретения состоят, среди прочего, в деталях конструкции и работы, как подробно показано, описано и заявлено - со ссылками на сопровождающие чертежи, являющиеся частью этого описания, причем на всех них сходные цифровые обозначения относятся к подобным частям. Другие элементы, функциональные признаки, применения и/или
преимущества станут очевидными специалистам в связи с конкретными примерными вариантами реализации, приведенными в разделе "Подробное описание", причем:
[0013] Фиг.1 - сильно увеличенная упрощенная иллюстрация в перспективе с разрывом магнитно-поляризованного фотонного устройства с проходящими через это магнитно-поляризованное фотонное устройство силовыми линиями магнитного поля;
[0014] Фиг.2 - очень упрощенный график энергетической запрещенной зоны (эВ), параметра решетки (нанометры) и длины волны (нанометры) разнообразных полупроводниковых материалов;
[0015] Фиг.3 - очень упрощенный график энергетической запрещенной зоны (эВ), параметра решетки (нанометры) и длины волны (нанометры) набора составов материала;
[0016] Фиг.4 - сильно увеличенная упрощенная иллюстрация в перспективе магнитно-поляризованного фотонного устройства, в целом изображенного на Фиг.1, дополнительно включающего в себя фотонный источник, и образования свободных электронов и свободных дырок;
[0017] Фиг.5 - сильно увеличенная упрощенная перевернутая иллюстрация в перспективе магнитно-поляризованного фотонного устройства, дополнительно включающего в себя фотонный источник, в целом изображенные на Фиг.1 и 4, включая образование свободных электронов и свободных дырок;
[0018] Фиг.б - сильно увеличенная упрощенная иллюстрация в перспективе магнитно-поляризованного фотонного устройства, в целом изображенного на Фиг.1, 4 и 5, иллюстрирующая движение свободных электронов и свободных дырок в градиентной запрещенной зоне магнитно-поляризованного фотонного устройства;
[0019] Фиг.7 - сильно увеличенная упрощенная иллюстрация в перспективе магнитно-поляризованного фотонного устройства, в целом изображенного на Фиг.1, 4, 5, б, иллюстрирующая захват и развитие заряда магнитно-поляризованного фотонного устройства; и
[0020] Фиг.8 - сильно увеличенная упрощенная схематичная иллюстрация диаграммы запрещенной зоны с упрощенным видом сечения магнитно-поляризованного фотонного устройства.
[0021] Специалисты в данной области техники отметят, что элементы на чертежах показаны для простоты и ясности и не обязательно приведены в масштабе. Например, размеры некоторых из элементов на чертежах могут быть преувеличены относительно других элементов для лучшего понимания различных вариантов реализации настоящего изобретения. Кроме того, в данном случае термины "первый", "второй" и т.п., если таковые встречаются, используются, помимо прочего, для различения подобных элементов, а не обязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Кроме того, термины спереди, сзади, верх, низ, над, под и т.п. в описании и/или в формуле изобретения, если таковые встречаются, обычно используются в описательных целях, а не обязательно для того, чтобы всесторонне описать исключительное относительное положение. Поэтому специалисты поймут, что любые из используемых таким образом терминов могут быть заменены при соответствующих обстоятельствах, так что описываемые здесь различные варианты реализации изобретения, например, могут функционировать при ориентациях, отличных от показанных в явном виде или как-то иначе описанных.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРИМЕРНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ [0022] Нижеследующие описания представляют собой примерные варианты реализации изобретения и замыслы авторов в отношении наилучшего варианта и ни в коем случае не предназначены для ограничения объема притязаний, применимости или конфигурации изобретения. Фактически, нижеследующее описание служит для приведения полезных иллюстраций осуществления различных вариантов реализации изобретения. Как станет очевидным, могут быть выполнены изменения в функции и/или строении любого из элементов, описанных в раскрытых примерных вариантах реализации, не отступая от существа и объема притязаний изобретения.
[0023] Перед описанием деталей вариантов реализации настоящего изобретения определяются и/или разъясняются некоторые термины.
[0024] Термин "дефект" служит для обозначения любого
нарушения или изменения в структуре кристаллической решетки материала. Лишь в качестве примера, имеется несколько различных видов дефектов, которые могут быть обнаружены в кристаллическом материале, такие как, но без ограничения, точечные дефекты, линейные дефекты, включения и плоские дефекты. Как правило, эти дефекты могут быть подсчитаны и учитываться как число дефектов на кубический сантиметр.
[0025] Термин "запрещенная зона" предназначен для обозначения диапазона энергий в полупроводниковом материале, в котором не могут существовать электронные состояния. Ширина запрещенной зоны обычно относится к разности энергий между верхом валентной зоны и дном зоны проводимости. Обычно эта разность энергий имеет порядок в пределах от одного (1,0) эВ до двух (2,0) эВ, но может варьироваться от примерно нуля (0,0) эВ и до примерно восьми (8,0) эВ. Следует понимать, что материал(ы) с большой шириной запрещенной зоны - это изоляторы; материал(ы) с меньшей шириной запрещенной зоны - это полупроводники, а материал(ы) с очень малой или нулевой шириной запрещенной зоны - это проводники или полуметаллы. Кроме того, каждый материал имеет свою собственную характерную ширину запрещенной зоны и структуру энергетических зон.
[0026] Термины "градиентная запрещенная зона" и "переменная ширина запрещенной зоны" предназначены для обозначения структуры материалов, причем ширины запрещенной зоны материалов динамически изменяются, при этом в целом структурная кристалличность материала все еще сохраняется. Кроме того, понятия "градиентная запрещенная зона" и "переменная ширина запрещенной зоны" относятся к зоне в устройстве, где ширина запрещенной зоны изменяется от одной энергии запрещенной зоны к другой энергии запрещенной зоны на расстояния порядка нескольких микрон. Хотя наибольшая эффективность будет, вероятно, получаться при непрерывно изменяющейся ширине запрещенной зоны, термины "градиентная запрещенная зона" и "переменная ширина запрещенной зоны" предназначены охватывать все переходные зоны ширины запрещенной зоны, которые могут включать в себя участки с постоянной
шириной запрещенной зоны или разрывы по ширине запрещенной зоны, которые могут снижать эффективность, но все же в целом работать, вынуждая свободные электроны и свободные дырки двигаться из областей с большими ширинами запрещенной зоны к областям с меньшими ширинами запрещенной зоны. Следует понимать, что наклон может быть определен, причем кривая переменной ширины запрещенной зоны может быть изменена постепенным образом, когда энергии запрещенной зоны медленно изменяются на величину порядка нескольких процентов на том расстоянии, где фотоны поглощаются в значительной степени. Значения переменной ширины запрещенной зоны смещаются.
[0027] Термин "параметр решетки" предназначен для обозначения постоянного расстояния между элементарными ячейками в кристаллической решетке. Обычно, размерные параметры решетки имеют три константы (а, b и с, обычно измеряемые в нанометрах). Однако, когда набор материалов имеет подобную или идентичную кристаллическую структуру, единственное число выбирается для представления атомного интервала. Как показано на Фиг.З, для параметра решетки используется только единственное число при описании структуры решетки, поскольку все эти материалы имеют подобную кристаллическую структуру или элементарную ячейку. Однако следует понимать, что могут быть использованы также и другие кристаллическое строение и геометрические формы.
[0028] Термин "длина волны" предназначен для обозначения расстояния между последовательными пиками, или гребнями, любого фотона, или световой волны. Как правило, длина волны измеряется в нанометрах, как показано на Фиг.2. Длины волн, идентифицированные на Фиг.2, представляют собой длины волн света, который испускается из любого светоизлучающего источника, такого как, но без ограничения, солнечный свет, светоизлучающий прибор, светоизлучающий диод (LED), или что-либо подобное. Кроме того, следует понимать, что длина волны света (фотона) связана с его энергией соотношением: E=hc/X, где Е - энергия, h, - постоянная Планка, с - скорость света, и X -длина световой волны.
[0029] Термин "III-V" предназначен для указания набора полупроводниковых материалов, которые образованы сочетанием приблизительно равных количеств элементов из 3-го столбца Периодической таблицы (бор, алюминий, галлий, индий и таллий) с элементами из 5-го столбца Периодической таблицы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут). Они объединяются, образуя полупроводники, включая, но без ограничения, арсенид галлия, антимонид индия, антимонид галлия и фосфид алюминия, и т.п.
[0030] Термин "II-VI" предназначен для указания набора полупроводниковых материалов, которые образованы сочетанием приблизительно равных количеств элементов из 2-го столбца Периодической таблицы (цинк, кадмий и ртуть) с элементами из 6-го столбца Периодической таблицы (кислород, сера, селен и теллур). Они объединяются, образуя полупроводники, включая, но без ограничения, теллурид кадмия, теллурид цинка, селенид кадмия и селенид ртути, и т.п. Хотя марганец и магний не находятся в столбце II Периодической таблицы, мы включаем их в набор материалов II-VI из-за их совместимости с селеном и теллуром с образованием полупроводников с благоприятными ширинами запрещенной зоны и постоянными решетки.
[0031] На Фиг.1 показана сильно увеличенная упрощенная схематическая иллюстрация в перспективе магнитно-поляризованного фотонного устройства 100, имеющего длину 164, ширину 166 и высоту 168. Магнитно-поляризованное фотонное устройство 100 включает в себя подложку 102, имеющую поверхности 104 и 105, аннигиляционный слой 10 6, имеющий поверхности 108, 109, 110, 111, 112 и 114, контакты 116 и 128, имеющие поверхности 118, 119, 120, 121, 122 и 124 и поверхности 130, 131, 132, 133, 134 и 136 соответственно, и слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны, имеющий поверхности 144, 145, 146, 147, 148 и 150. Магнитное поле, обозначенное множеством силовых линий 159 магнитного поля, с отдельно указанными силовыми линиями магнитного поля, обозначенными стрелками 157, 158, 160, 161 и 162, показано с силовой линией 157 магнитного поля, проходящей через подложку 102, с силовой линией 160 магнитного поля, проходящей через слой 142 с
переменной шириной запрещенной зоны, с силовой линией 162 магнитного поля, проходящей через аннигиляционный слой 106, с силовой линией 158 магнитного поля, проходящей над магнитно-поляризованным фотонным устройством 100, и силовой линией 161 магнитного поля, проходящей под магнитно-поляризованным фотонным устройством 100. Нагрузка 176 присоединена к контактам 116 и 128 электрическими соединениями 188, 186, 178, 180, 182 и 184 .
[0032] Подложка 102 может быть выполнена из любого подходящего материала, имеющего поверхность 104. Как правило, подложка 102 выполняется из любого подходящего полупроводникового материала или диэлектрического материала, такого как, но без ограничения, кремний (Si), антимонид галлия
(GaSb), арсенид индия (InAs), селенид кадмия (CdSe), антимонид индия (InSb), арсенид галлия (GaAs), теллурид кадмия-ртути
(HgCdTe), селенид кадмия (CdSe) , ионная соль, оксид металла, керамика, стекло или тому подобное. Обычно, в подложке 102 используются материалы, которые имеют достаточно широкие запрещенной зоны с тем, чтобы протекание тока было невозможным.
[0 033] Как показано на Фиг.1, аннигиляционный слой 106 расположен на поверхности 104 подложки 102. Обычно, аннигиляционный слой 106 может быть выполнен из любого подходящего материала или сочетания материалов, таких как, но без ограничения, теллурид кадмия-ртути (HgCdTe) , селенид кадмия-ртути (HgCdSe), антимонид-арсенид индия (InAsSb) или им подобные. Кроме того, аннигиляционный слой 106 может быть выполнен из тех же самых элементарных материалов, которые используются для выполнения слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Однако, следует понимать, что аннигиляционный слой 106 выполняется с высокой степенью кристаллической дефектности, дезориентации и/или неоднородности, тем самым способствуя улавливанию и рекомбинации свободных электронов и свободных дырок, которые образуются от множества падающих фотонов 404, как показано на Фиг.4, 5, б и 7, которые впоследствии образуют свободные электроны и свободные дырки в слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны, как описано
ниже.
[0 034] Как правило, аннигиляционный слой 106 осаждается на подложку 102. Аннигиляционный слой 106 может быть выполнен любым подходящим способом или методом, таким как, но без ограничения, эпитаксия, молекулярно-лучевая эпитаксия (МВЕ), химическая лучевая эпитаксия (СВЕ), химическое осаждение из газовой фазы (CVD), физико-химическое осаждение (PCD), физическое осаждение из газовой фазы (PVD) или тому подобные. Следует понимать, что упомянутое выше оборудование пригодно для точного изменения состава осаждаемого материала так, чтобы изменять состав осажденного материала от одного материала к другому материалу в динамическом режиме. При этом аннигиляционный слой 106 с высокой степенью кристаллической дефектности может быть достигнут подходящим способом или методом. Как правило, дефектность увеличивается, когда параметры технологического процесса, такие как температура, давление, расходы газообразных материалов-реагентов или тому подобные, довольно далеки от технологического окна для совершенного роста кристалла. В качестве примера, при параметрах процесса роста, устанавливаемых для совершенного роста кристалла, изменение температуры процесса на пятьдесят процентов ниже, чем оптимальное окно процесса, обычно дает аннигиляционный слой 10 6, который имеет достаточные неоднородности и дефекты, которые могут действовать как центры рекомбинации.
[0035] Обычно измерение дефектности может быть достигнуто любым подходящим способом или методом, таким как, но без ограничения, оптический подсчет дефектов, измерение методами рентгеновской дифракции и/или измерения времени жизни фотоиндуцированных носителей. Что касается оптического подсчета дефектов, то обычно поверхность измеряемого материала подвергается воздействию травильного раствора с декорированием дефектов и образованием ямки, где присутствует дефект. Используя оптический способ, результаты представляются как плотность дефектов на единицу площади, но она может относится к числу плотности дефектов на кубический сантиметр. Наиболее
точное измерение дефектности для этого устройства - это измерение времени жизни фотоиндуцированных носителей. Причина предпочтения такой методологии заключается в том, что способ измерения времени жизни фотоиндуцированных носителей учитывает и включает определенную конструкцию устройства и предполагаемое действие аннигиляционного слоя 106.
[0036] В целом, хотя может использоваться любая подходящая степень дефектности, следует понимать, что дефектность зависит от конкретного применения и до некоторой степени может варьироваться в зависимости от набора материалов. Дефектность и разориентация кристалла способствуют рекомбинации свободных электронов и свободных дырок, которые произведены множеством фотонов 404 (показанных на Фиг.4) , которые бомбардируют поверхность 14 8, и двигаются к аннигиляционному слою 10 6, подобны для материалов, используемых в слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Как правило, аннигиляционный слой 106 может быть выполнен из любого подходящего материала, такого как, но без ограничения, насыщенные дефектами HgCdTe, HgCdSe, InAsSb, или тому подобные. Однако используемый для аннигиляционного слоя 106 материал должен быть таким материалом, который легко принимает свободные электроны и свободные дырки из соответствующих зон, то есть свободные дырки из валентных зон и свободные электроны из зоны проводимости, и который стимулирует рекомбинацию свободных дырок и свободных электронов.
[0 037] Толщина 107 аннигиляционного слоя 106 может быть выполнена как любая подходящая толщина 107. Следует понимать, что толщина аннигиляционного слоя 106 зависит от конкретного применения и может в значительной степени варьироваться. Однако, как правильно, аннигиляционный слой 106 может иметь толщины 107, которые могут составлять в переделах от монослоя до 10,0 микрон, в минимальном диапазоне - от 0,5 микрона до 5,0 микрона, и предпочтительном диапазоне - от 0,8 микрона до 1,2 микрона.
[0038] Кроме того, в зависимости от выбора материалов, используемых для изготовления аннигиляционного слоя 10 6,
аннигиляционный слой 106 может быть градиентным как описано ниже, так что энергия запрещенной зоны может быть настроена или сконфигурирована таким образом, чтобы облегчить рекомбинацию свободных электронов и свободных дырок после того, как эти свободные электроны и свободные дырки прошли через слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны.
[0039] Как показано на Фиг.1, слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны расположен на поверхности 112 аннигиляционного слоя 106. Как правило, слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны может быть выполнен из любого подходящего материала или сочетания материалов, которые имеют сходные параметры решетки и различающиеся энергии (эВ) запрещенной зоны, таких как, но без ограничения, HgCdTe, HgCdSe, InAsSb, теллурид ртути (HgTe), InSb, теллурид кадмия
(CdTe), селенид ртути (HgSe), арсенид индия (InAs) или антимонид галлия-алюминия (AlGaSb), антимонид-арсенид индия
(InAsSb), HgCdSe, теллурид-селенид цинка-кадмия (CdZnSeTe), теллурид марганца-кадмия (CdMnTe), и т.п.
[0040] Как показано на Фиг.1 и 5, поверх магнитно-поляризованного фотонного устройства 100 может быть расположен слой 190, который может иметь несколько назначений, таких как, но без ограничения, фильтр, защитное покрытие, линза и т.п. Более конкретно и обращаясь к Фиг.1, слой 190 может быть расположен на поверхности 148 слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны, и на Фиг. 5 слой 190 может быть расположен на поверхности 504 подложки 501 выше слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Следует понимать, что выбор поверхностей 104 и 105 подложки 102, а также поверхностей 504 и 505 подложки 501 зависит от задействованных материалов и конкретной конструкции устройства. Например, как показано на Фиг.5, если желательно, чтобы слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны взаимодействовал с фотонами, имеющими определенную длину волны, подложка 501 должна быть прозрачной для этой длины волны. Соответственно, слой 190 может быть выполнен выборочно пропускающим определенные длины волн, но исключающим другие длины волн, тем самым обеспечивая селективный фильтр. Кроме
того, следует понимать, что слой 190 может быть выполнен пропускающим определенные длины волн фотонов в слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны и отражающим фотоны других длин волн. Кроме того, следует понимать, что слой 190 может иметь множественные слои, которые могут быть использованы по разнообразным назначениям. Слой 190 может быть расположен на или поверх слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны любым подходящим способом или технологией, хорошо известными в данной области техники, такими как, но без ограничения, те, которые рассмотрены здесь. Дополнительно и в некоторых случаях, слой может быть ламинирован на или поверх слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны.
[0041] В зависимости от конкретного применения, конструкции и выбранных материалов, слой 190 может быть любым подходящим фотонным устройством, таким как, но без ограничения, противоотражательный слой, селективное зеркало, фокусирующий слой, отражатель или что-либо подобное.
[0042] Обращаясь теперь и к Фиг.1 и 2, на Фиг.2 показан очень упрощенный график энергетической запрещенной зоны (эВ) 2 02, параметра решетки (нанометры) 2 04 и длины волны фотонов (нанометры) 2 05 разнообразных полупроводниковых материалов, с энергетической запрещенной зоной (эВ на левой оси Y, с длиной волны фотонов на правой оси Y и с параметром решетки на оси X). Как показано на Фиг.2, конкретный полупроводниковый материал (представленный как обозначенная цифрами точка) может быть связан с конкретным числом, которое отображает параметр решетки. Кроме того, этот конкретный полупроводниковый материал может быть связан с конкретным числом, которое отображает энергию (эВ) запрещенной зоны. Кроме того, этот конкретный полупроводниковый материал может быть связан с конкретной длиной волны света, причем фотон(ы) может быть поглощен(ы) этим конкретным полупроводниковым материалом.
[0043] Ради ясности, многие из доступных полупроводниковых материалов не были обозначены. Однако специалисту в данной области техники должно быть понятно, что и эти материалы, и будущие материалы также предусмотрены этим изобретением.
[0044] В качестве примера, Фиг.2 иллюстрирует ограниченное число материалов, причем точка, в цифровой форме представленная как 206 - это теллурид ртути (НдТе) , точка, в цифровой форме представленная как 210 - это антимонид индия (InSb), точка, в цифровой форме представленная как 212 - это теллурид кадмия
(CdTe), точка, в цифровой форме представленная как 214 - это селенид ртути (HgSe), точка, в цифровой форме представленная как 216 - это арсенид индия (InAs), точка, в цифровой форме представленная как 218 - это антимонид галлия (GaSb), точка, в цифровой форме представленная как 22 0 - это антимонид алюминия
(AlSb) , точка, в цифровой форме представленная как 222 - это селенид кадмия (CdSe), точка, в цифровой форме представленная как 224 - это теллурид цинка (ZnTe), точка, в цифровой форме представленная как 226 - это теллурид марганца (МпТе), точка, в цифровой форме представленная как 22 8 - это селенид марганца
(MnSe), точка, в цифровой форме представленная как 230 - это сульфид кадмия (CdS), точка, представленная как 232 - это фосфид индия (InP), точка, представленная как 234 - это селенид цинка (ZnSe), точка, представленная как 236 - это арсенид галлия (GaAs), точка, представленная как 238 - это германий
(Ge), точка, представленная как 240 - это сульфид цинка (ZnS), точка, представленная как 242 - это фосфид алюминия (А1Р), точка, представленная как 244 - это фосфид галлия (GaP), и точка, представленная как 246 - это кремний (Si).
[0045] Как показано на Фиг.2, можно видеть некие вертикальные "узоры" материалов, в которых различные материалы имеют подобные параметры решетки. Лишь в качестве примера, материалы HgSe 214, InAs 216, GaSb 218, AlSb 220, CdSb 222 и ZnTe 22 4 имеют параметр решетки примерно или приблизительно 0, 61 нм, тем самым указывая, что эти различные материалы имеют сходные структуры кристаллической решетки, что делает возможными потенциальную укладку стопкой и/или совмещение некоторых из этих различных материалов, наносимых друг на друга, и позволяет иметь малое число несовершенств или дефектов.
[0046] Обращаясь теперь к Фиг.З, Фиг.3 представляет собой
очень упрощенный график энергетической запрещенной зоны (эВ), параметра решетки (нанометры) и длины волны (нанометры) набора составов материалов, иллюстрирующий градиент составов материалов для регулировки ширины запрещенной зоны при сохранении характеристик параметра решетки. Лишь в качестве примера, используя ограниченное число материалов, точка, в цифровой форме представленная как 214 - это селенид ртути
(HgSe), точка 222 - это селенид кадмия (CdSe), точка 224 - это теллурид цинка (ZnTe), точка 22 6 - это теллурид марганца
(МпТе), а точка 22 8 - это селенид марганца (MnSe). Кроме того, следует понимать, что приведенные на Фиг.3 материалы не предназначены быть полностью исчерпывающим списком. Как показано на Фиг.З, некоторые материалы имеют очень похожие параметры решетки в вертикальном направлении.
[0047] Лишь в качестве примера, при использовании параметра решетки приблизительно 0,645 нанометра (нм), вертикальная группировка материалов попадает в пределы и вокруг 0,647 нм. Эта группировка включает в себя HgTe, InSb и CdTe. В еще одном примере, при использовании параметра решетки приблизительно 0,610 нм, вертикальная группировка попадает в пределы и вокруг 0, 610 нм. Эта группировка включает в себя HgSe, InAs, GaSb, AlSb, CdSe и ZnTe. Следует понимать, что могут быть использованы и другие вертикальные группировки, которые не были здесь упомянуты.
[0048] При использовании Фиг.2 или подобного графика и группирования материалов в вертикальные группы, разработан набор материалов для выполнения слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Кроме того, на Фиг.2 показаны длины волн (нм) и соответствующие этим длинам волн энергии запрещенной зоны. Таким образом, сделав правильный выбор материалов, может быть выполнено правильное группирование материалов с правильными ширинами запрещенной зоны так, чтобы свободные электроны и свободные дырки (см. Фиг.4 и 5) могли быть захвачены и приведены к контактам 116 и 128. При этом захваченные свободные электроны и свободные дырки могут быть поданы на нагрузку 17 6 для полезной работы.
[0049] В общем, слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны может быть образован выращиванием слоя с непрерывно модифицируемым составом материала в пределах вертикальной группировки. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что существует определенная степень гибкости в выборе материалов, используемых для выполнения слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны и аннигиляционного слоя 106.
[0050] Обращаясь теперь к Фиг.1, 2 и 3 и лишь в качестве примера, слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны может быть образован выращиванием слоя с непрерывно модифицируемым составом материала в пределах селенидного ряда материалов, обозначенного точками 214 и 222. Как показано на Фиг.З, HgSe 214, обозначенный точкой 214, имеет ширину запрещенной зоны приблизительно -0,1 эВ и параметр решетки приблизительно 0,61 нм. Также на Фиг.З показано, что CdSe (222) имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 1,7 эВ и параметр решетки приблизительно 0,61 нм. Материалы с промежуточной шириной запрещенной зоны могут быть созданы смешиванием CdSe и HgSe. В качестве примера, материал-селенид с половиной кадмия и половиной ртути (Cdo,5Hgo,5Se) имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 0,8 эВ и параметр решетки приблизительно 0,61 нм и представлен точкой 395 на Фиг.З. Аналогично, смесь 90% CdSe и 10% HgSe (Cdo,9Hgo,iSe) имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 1,52 эВ и показана точкой 394 на Фиг.З. Аналогично, точка 396 представляет Cdo,3Hgo,7Se и имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 0,44 эВ, точка 397 представляет Cdo,25Hgo,75Se и имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 0,35 эВ, а точка 398 представляет Cdo, osHgo, 95Se и имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 0,19 эВ. Все эти составы материалов имеют параметр решетки приблизительно 0,61 нм.
[0051] Например, слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны может быть создан выращиванием ряда с непрерывно изменяющимся составом материала, который изначально имеет состав с 5% кадмия Cdo,osHgo,95Se и у которого содержание кадмия непрерывно увеличивается до 100% (CdSe) за счет увеличения потока атомов кадмия при снижении потока атомов ртути в течение
роста, при поддерживании вполне достаточного селена, с которым кадмий и ртуть могут реагировать, образуя приблизительно совершенный кристаллический материал с параметром решетки приблизительно 0, 61 нм. Лишь в качестве примера, этот непрерывно изменяющийся состав может быть реализован выращиванием слоя с переменной шириной запрещенной зоны в установке химического осаждения из газовой фазы, которая использует три газа-предшественника: один предшественник, содержащий селен, один - содержащий кадмий, и один - содержащий ртуть. Лишь в качестве примера, создавая поток газа, которым является 5% предшественника кадмия и 95% предшественника ртути, в область роста с достаточным предшественником селена, чтобы вызвать приблизительно совершенный рост кристалла, можно вырастить слой Cdo, osHgo, 95Se. Затем, при увеличении потока предшественника кадмия с уменьшением потока предшественника ртути, при поддержании вполне достаточного предшественника селена для приблизительно совершенного роста кристалла, атомное содержание кадмия в выращиваемом слое будет непрерывно увеличиваться, а атомное содержание ртути в выращиваемом слое будет уменьшаться. В тот момент, когда поток предшественника кадмия был бы 2 5%, а содержание предшественника ртути было бы 75%, материалом, выросшим на верху слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны, был бы Cdo,25Hgo,75Se и был бы представлен точкой 397 на Фиг.З. По мере того, как рост продолжается и содержание предшественника продолжает изменяться, рост пройдет непрерывно через несколько составов, 396, 395 и 394, и в конечном счете состав прекратит изменяться, когда содержание предшественника ртути составит нуль процентов, и состав будет чистым CdSe (222) с шириной запрещенной зоны приблизительно 1,7 эВ.
[0052] Лишь в качестве примера процесс создания слоя 142 с
переменной шириной запрещенной зоны может быть продолжен до
более высоких энергий запрещенной зоны путем непрерывного
изменения состава с включением увеличивающегося количества ZnTe
(224) при уменьшении содержания CdSe (222) . Это может быть
реализовано с использованием двух дополнительных
предшественников, которые содержат цинк и теллур. Промежуточный состав 393 представляет точку, когда в пленку включены приблизительно равные количества ZnTe и CdSe, и имеет химический состав Zno,5Cdo,5Teo,5Seo,5 и имеет ширину запрещенной зоны приблизительно 2,0 эВ. Этот состав может дополнительно быть непрерывно изменен до точки 100% ZnTe (точка 224) и 0% CdSe с шириной запрещенной зоны приблизительно 2,2 эВ.
[0053] Этот процесс может быть дополнительно продолжен до большей ширины запрещенной зоны смешиванием MnSeo,5Teo,5 (точка 3 91) с ZnTe (224) . И опять в качестве примера, промежуточный состав по этой траектории - это точка 392 с составом Zno,5Mno,5Teo,75Seo,25 • Этот состав может быть выведен из равных частей состава 224 и 391 как (ZnTe) 0,5 (MnSeo,5Teo,5) 0,5 •
[0054] Другая система материалов, которая может быть использована для изготовления этого устройства - это теллурид кадмия-ртути (HgxCd(i_X) Те) . Система материалов теллурида кадмия подобна предыдущей системе тем, что ширину запрещенной зоны можно изменять непрерывно, меняя отношение теллурида ртути к теллуриду кадмия. Этот случай отличается тем, что параметр решетки больше, и поэтому эта система должна, вообще говоря, выращиваться на другой подложке, чтобы предотвратить избыточные дефекты, но он подобен тем, что долевое содержание теллурида ртути и теллурида кадмия при непрерывном варьировании приводит к варьируемой ширине запрещенной зоны. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что также могут быть выявлены и использованы и другие системы.
[0055] Одна версия этой структуры, которая здесь описана -это выращивание материалов с меньшей шириной запрещенной зоны, которые имеют параметр решетки, отличающийся от главного параметра решетки подложки и отличающийся от главного параметра решетки большинства материалов с переменной шириной запрещенной зоны. Оказывается возможным вырастить почти совершенный кристаллический материал на подложке или частично выращенный слой, который имеет параметр решетки, отличающийся от вновь выращиваемого материала. Лишь в качестве примера, в перевернутой структуре (Фиг.5), обладающий большей шириной
запрещенной зоны участок слоя с переменной шириной запрещенной зоны может быть выращен в системе III-V при использовании набора материалов с параметром решетки 0,61 нм, начиная с AlSb и увеличивая GaSb вместо AlSb для снижения ширины запрещенной зоны. Ширина запрещенной зоны может быть дополнительно уменьшена градиентным образом от таковой у GaSb до таковой у InAs включением увеличивающегося содержания InAs и снижающегося содержания GaSb. Этот переход может продолжаться до 100% InAs. Дальнейшее уменьшение ширины запрещенной зоны при параметре решетки 0, 61 нм в системе III-V не возможно с каким-либо известным материалом. Однако, поскольку ширина запрещенной зоны InAs лишь немного больше, чем таковая у идеального аннигиляционного слоя, конечный участок слоя с переменной шириной запрещенной зоны может быть выполнен недостаточно совершенно путем выращивания материала с отличающимся параметром решетки на слое InAs. Поскольку этот новый участок слоя с переменной шириной запрещенной зоны несовершенен, он будет действовать одновременно как сочетание слоя с переменной шириной запрещенной зоны и аннигиляционного слоя. Модификация рабочих характеристик при построении структуры таким образом будет довольно небольшой, но ее построение таким образом позволяет использовать такие материалы для объема слоя с переменной шириной запрещенной зоны, которые не позволяют совершенный переход к меньшим ширинам запрещенной зоны и аннигиляционному слою. Также понятно, что аннигиляционный слой может обычно быть объединен с областями с меньшей шириной запрещенной зоны слоя с переменной шириной запрещенной зоны, так что аннигиляция носителей сочетается с градиентом ширины запрещенной зоны, что заставляет носители перемещаться к основанию устройства.
[0056] Понятно, что незначительные перебои в выращиваемом составе, которые могли бы привести к описанию слоя с переменной шириной запрещенной зоны как не непрерывного, или с разрывами, или сегментированного, имеют незначительное влияние на рабочие характеристики устройства и также охватываются данным общим описанием перехода от одной ширины запрещенной зоны к другой
ширине запрещенной зоны на расстоянии порядка микрон. Также предполагаются и заявлены здесь структуры, которые включают различные скорости изменения ширины запрещенной зоны как функции толщины. Важно отметить, что скорость изменения ширины запрещенной зоны с толщиной представляет собой компромисс между практически полным поглощением в области с переменной шириной запрещенной зоны, где ширина запрещенной зоны приблизительно равна энергии поглощаемого света (достигается наилучшим образом с очень толстым слоем), и минимизацией толщины для снижения сопротивления потоку носителей и требуемого для этого времени, при их переходе от места, где они созданы в структуре, к аннигиляционному слою. Как правило, чрезмерно толстые слои, такие как, но без ограничения, слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны, аннигиляционный слой 106 и т.п., поглощают в большей степени, но имеют чрезмерное сопротивление, тогда как тонкие слои имеют минимальное сопротивление, но поглощают в меньшей степени. Может оказаться преимущественным создать слой с переменной шириной запрещенной зоны в двух секциях: одна секция со слабым градиентом для большего поглощения, и вторая секция с более сильным градиентом для ускорения носителей к аннигиляционному слою. Эта структурная вариация улучшает рабочие характеристики в ситуациях, где источник света содержит ограниченный диапазон энергий фотонов, которые могут быть поглощены слоем со слабым градиентом, и затем носители могут быть ускорены на коротком расстоянии во второй секции с сильным градиентом.
[0057] Кроме того, ясно, что фотоны поглощаются в аннигиляционном слое и могут внести свой вклад в дополнительное увеличение выходной мощности магнитно-поляризованного фотонного устройства.
[0058] Обращаясь к Фиг.1, как отмечено ранее относительно аннигиляционного слоя 10 6, иногда оказывается полезным рассматривать материалы, выбранные для слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны, и применять те же самые выбранные материалы для использования в аннигиляционном слое 106. Используя этот метод для выбора наборов материалов, иногда
оказывается возможным уменьшить механическое напряжение в кристаллической структуре по всем слоям материала при сохранении высокой плотности дефектов в аннигиляционном слое 106.
[0 059] Как правило, слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны представляет собой эпитаксиально осажденный материал. Эпитаксиально осажденный материал позволяет сформировать структуру кристаллической решетки. Осажденный слой может быть выполнен любым подходящим способом или методом, таким как предварительно рассмотренные в связи с аннигиляционным слоем 106. Поскольку методы осаждения были рассмотрены ранее, далее они не повторяются, кроме как в необходимом случае. Однако, следует понимать, что осаждение слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны отличается от осаждения аннигиляционного слоя 106 тем, что для осажденного слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны важна кристаллическая структура материала, и число дефектов, несовершенств и т.п. должно быть как можно меньше.
[00 60] Материал с переменной шириной запрещенной зоны эпитаксиально осаждается до толщины 143 на аннигиляционном слое 106. Как правило, эпитаксиально осаждают малое количество материала, которое является подобным или таким же, что и аннигиляционный слой 10 6, так что используются те же самые химические составляющие. Как правило, этот начальный материал для слоя с переменной шириной запрещенной зоны может варьироваться от 0,1 микрона до 50,0 микрон толщиной, с минимальным варьированием толщины в пределах от 5,0 микрон до 30,0 микрон, и с предпочтительной толщиной от 10,0 микрон до 2 0,0 микрон. С тем чтобы получить динамически градиентный материал, который согласован по параметрам решетки, при том, что предыдущий материал все еще осаждается. Новые газы, используемые для осаждения, медленно напускаются в реакционную камеру так, что второй новый материал медленно осаждается на предшествующий динамически градиентный материал. Как правило, этот второй новый материал может варьироваться по толщине от 0,1 микрона до 50,0 микрон, с минимальными пределами толщины от
5,0 микрон до 30,0 микрон, и предпочтительным диапазоном толщины от 10,0 микрон до 2 0,0 микрон. Этот процесс может быть продолжен столько раз, сколько это желательно, или это требуется конкретным применением. Позволяя осаждаемому материалу динамически осаждаться и выбирая для осаждения правильные материалов, удается осаждать слой 142 с динамически градиентной шириной запрещенной зоны.
[0061] Обращаясь теперь к Фиг.1, контакт 116, имеющий поверхности 118, 120, 122 и 124, и контакт 128, имеющий поверхности 130, 132, 134 и 136, расположены соответственно на поверхностях 14 6 и 150 слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны и на поверхности 114 и 110 аннигиляционного слоя 106 соответственно. Как правило, контакты 116 и 128 могут быть выполнены в любой подходящей конфигурации, такой как, но без ограничения, конформные поверхности 146 и 150 концов 192 и 194 слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны, аннигиляционного слоя 10 6, либо отдельно, либо объединенно, либо в части магнитно-поляризованного фотонного устройства 100. Контакты 116 и 12 8 выполнены до толщины 189 и 191 соответственно. Специалисту должны быть известны типичные толщины электрических контактов в данной области техники. Как правило, контакты 116 и 128 конформны с поверхностями 146 и 150 слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны и поверхностями 114 и 110 аннигиляционного слоя 106. Однако следует понимать, что в некоторых случаях контакты 116 и 12 8 могут иметь формы, отличные от показанных на Фиг.1. Лишь в качестве примера, в некоторых случаях контакты 116 и 12 8 могут быть несходными по размеру, причем контакт 116 имеет большую площадь поверхности, чем контакт 128. Кроме того, области легирования, обозначенные пунктирными линиями 196 и 198, концов 192 и 194 могут быть использованы для усиления электрической проводимости к аннигиляционному слою 106 и слою 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Как правило, области легирования 196 и 198 легируются любой подходящей легирующей примесью. При движении свободных электронов к контакту 116 может быть использована легирующая примесь N-типа, а при движении свободных дырок к
контакту 12 8 может быть использована легирующая примесь Р-типа. Специалист в данной области техники должен уметь определять концентрации легирующих примесей для конкретных составов материалов и конкретного типа устройства.
[0062] Кроме того, следует понимать, что плоскости
материала идентичного состава, которые составляют слой 142 с
переменной шириной запрещенной зоны, находятся под углами
приблизительно девяносто градусов к плоскости, задаваемой
областью 192 легирования, тогда как в обычных устройствах эти
плоскости идентичного состава являются либо копланарными, либо
параллельными плоскостям легирующей примеси. Контакты 116 и 12 8
могут быть выполнены из любого подходящего проводящего или
полупроводникового материала, таких как, но без ограничения,
металлы, сочетание металлических слоев, сплавов,
полупроводниковых материалов, и/или любого сочетания вышеупомянутого.
[0063] Множество силовых линий 159 магнитного поля, представленное силовыми линиями 157, 158, 160, 161 и 162 магнитного поля, показаны проходящими через и вокруг магнитно-поляризованного фотонного устройства 101. Более конкретно, на Фиг.1 указано направление силовых линий 159 магнитного поля, с силовой линией 158 магнитного поля, проходящей над верхней поверхностью слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны, и с силовыми линиями 160 магнитного поля, проходящими через слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны, с силовой линией 162 магнитного поля, проходящей через аннигиляционный слой 106, с силовой линией 157 магнитного поля, проходящей через подложку 102, и с силовой линией 161 магнитного поля, проходящей под подложкой 102. Следует понимать, что силовые линии 159 магнитного поля - это сила, которая представлена линиями 157, 158, 160, 161 и 162. Хотя силовые линии 159 магнитного поля показаны перпендикулярными поверхности сечения магнитно-поляризованного фотонного устройства 100, ориентация силовых линий 159 магнитного поля может быть задана под любым подходящим углом в горизонтальной плоскости и вертикальной плоскости, что иллюстрируется элементами 172 и 174
соответственно. Как рассмотрено далее при описании Фиг.4, направление магнитного поля ориентировано ортогонально к направлению силы градиента ширины запрещенной зоны. Эта ориентация соответствует максимальной эффективности устройства и показана на линии пересечения подходящих горизонтальных углов 172 и вертикальных углов 174, но следует понимать, что малые отклонения от этой идеальной ориентации приведут к рабочим характеристикам, которые лишь немного ниже, чем обеспечила бы идеальная ориентация. Уникальное свойство градиента ширины запрещенной зоны состоит в том, что он вынужденно приводит в движение и свободные электроны, и свободные дырки в том же самом направлении, в противоположность электрическому полю (либо приложенному извне, либо создаваемому внутри в диодной структуре обычного фотоэлектрического устройства), которое выталкивает свободные электроны в одном направлении и свободные дырки - в другом.
[0064] Силовые линии 159 магнитного поля могут быть образованы любым подходящим способом или технологией, такой как, но без ограничения, стержневым магнитом, редкоземельным магнитом, электромагнитом, сверхпроводящим электромагнитом или чем-либо подобным. Обычно магнитное поле 159 может составлять в пределах от 0,1 Тесла до 50,0 Тесла, с номинальным диапазоном от 0,5 Тесла до 10,0 Тесла.
[00 65] На Фиг.4 показана сильно увеличенная упрощенная иллюстрация в перспективе магнитно-поляризованного фотонного устройства 100, в целом показанного на Фиг.1, дополнительно включающего в себя фотонный источник 4 02, имеющий множество фотонов 4 04, с примерными фотонами, имеющими идентифицирующие номера 406, 408, 410 и 412. Как показано на Фиг. 4, фотонный источник 4 02 испускает множество фотонов 4 04, которые заполняют поверхность 148 магнитно-поляризованного фотонного устройства 100. Когда множество фотонов 404 падают на поверхность 148 слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны, по меньшей мере часть энергии множества фотонов 404 передается свободным электронам в структуре кристаллической решетки, которая составляет слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны.
Причем, в зависимости от типа материала, структуры материала слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны и энергии запрещенной зоны, множество свободных электронов 414 и множество свободных дырок 42 4, индивидуально обозначенных как свободные электроны 416, 418, 420 и 422 и свободные дырки 42 5, 428, 430 и 432, последовательно образуются в слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны и способны перемещаться в кристаллической решетке слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны.
[00 66] Например, при слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны, расположенном так, что материал запрещенной зоны, имеющий большую энергию запрещенной зоны, расположен на или около поверхности 14 8, и с другими материалами запрещенной зоны, имеющими последовательно меньшие энергии запрещенной зоны, являющиеся градиентными через слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны, с материалом с наименьшей энергией запрещенной зоны, расположенным на или около поверхности 112 аннигиляционного слоя 106. В качестве примера, слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны может иметь энергетические запрещенные зоны в пределах от 2,5 эВ до 0,8 эВ и с материалом с шириной запрещенной зоны 2,5 эВ, располагаемым у или около поверхности 148 наверху слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны, с материалом с 0,8 эВ, располагаемым близко к поверхности 112 аннигиляционного слоя 106, и с другим подходящим материалом запрещенной зоны, являющимся градиентным между материалом с 2,5 эВ и 0,8 эВ. Кроме того, фотоны 4 0 6, 408, 410 и 412 могут иметь энергии фотонов 2,5 эВ, 2,0 эВ, 1,7 эВ и 0,8 эВ соответственно. Как показано на Фиг. 4, фотон 406 падает на поверхность 148 и поглощается около поверхности 148. Поглощение фотона 406 в структуре кристаллической решетки слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны создает свободный электрон 422 и свободную дырку 425, поскольку ширина запрещенной зоны материала кристаллический решетки и фотон 406 имеют ту же самую энергию, в этом случае 2,5 эВ, свободный электрон 422 и свободная дырка 425 теперь имеют возможность двигаться в структуре кристаллической решетки слоя 142 с
переменной шириной запрещенной зоны к аннигиляционному слою 106.
[00 67] Однако, как показано на Фиг.6, на свободный электрон 422 и свободную дырку 425 воздействует магнитное поле 159, при этом свободный электрон 422 движется к контакту 116 по мере его движения к аннигиляционному слою 106, как указано стрелкой 602, а свободная дырка 425 движется к контакту 128 по мере ее движения также к аннигиляционному слою 10 6, как указано стрелкой 610.
[0068] Как показано на Фиг.4, фотон 408 падает на поверхность 148 и поглощается структурой кристаллической решетки материала слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Однако фотон 408 проходит через слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны до тех пор, пока фотон 408 не поглотится материалом в слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны, имеющим энергию запрещенной зоны, равную энергии фотона 408. В этом конкретном случае, фотон 408 имеет энергию 2,0 эВ, и материал в слое с переменной шириной запрещенной зоны также имеет энергию запрещенной зоны 2,0 эВ. Следовательно, фотон 408 захватывается и создает свободный электрон 42 0 и свободную дырку 42 8, которые обладают подвижностью в структуре кристаллической решетки слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Однако, как описано ранее в отношении свободного электрона 422 и свободной дырки 425, магнитное поле 159 перемещает свободный электрон 420 к контакту 116 и перемещает свободную дырку 42 8 к контакту 12 8, как обозначено стрелками 604 и 612 соответственно.
[0069] Фотон 410 падает на поверхность 148 и поглощается в материале структуры кристаллической решетки слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Однако фотон 410 проходит дальше фотона 408 в слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны до тех пор, пока фотон 410 не поглотится материалом в слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны, имеющим такую же энергию запрещенной зоны, что и энергия фотона 410. В этом конкретном случае, фотон 410 имеет энергию 1,7 эВ, и материал в слое с переменной шириной запрещенной зоны также имеет энергию
запрещенной зоны 1,7 эВ. Следовательно, фотон 410 захватывается и создает свободный электрон 418 и свободную дырку 430, оба из которых обладают подвижностью в материале структуры кристаллической решетки слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Однако, как описано ранее в отношении свободных электронов 420 и 422 и свободных дырок 42 5 и 42 8, магнитное поле 159 перемещает свободный электрон 418 к контакту 116 и перемещает свободную дырку 430 к контакту 128, как обозначено стрелками 606 и 614 соответственно.
[0070] Когда фотон 412 падает на поверхность 148, фотон 412 не поглощается немедленно в структуре кристаллической решетки слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны, но проходит на некоторое расстояние и в течение некоторого времени в слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Однако фотон 412 проходит через слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны до тех пор, пока фотон 412 не поглотится материалом в слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны, имеющим такую же энергию запрещенной зоны, что и энергия фотона 412. В этом конкретном случае, фотон 412 имеет энергию 0,8 эВ, и запрещенная зона материала в слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны также имеет энергию 0,8 эВ. Следовательно, фотон 412 захватывается и создает свободный электрон 416 и свободную дырку 4 32, которые обладают подвижностью в структуре кристаллической решетки слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны. Однако, как описано ранее в отношении свободных электронов 418, 420 и 422 и свободных дырок 42 5, 42 8, 430, магнитное поле 159 перемещает свободный электрон 416 к контакту 116 и перемещает свободную дырку 432 к контакту 128, как обозначено стрелками 608 и 616 соответственно.
[0071] Вследствие взаимодействия свободных электронов 422, 420, 418 и 416 и свободных дырок 425, 428, 430 и 432 с магнитным полем 159, свободные электроны 422, 420, 418 и 416 и свободные дырки 425, 428, 430 и 432 перемещаются к контакту 116 и контакту 128 соответственно. Таким образом, энергия множества свободных электронов и свободных дырок 414 и 42 4 может оказаться захваченной. Следует понимать, что хотя множество
фотонов представляют только четыре фотона 406, 408, 410 и 412, число падающих на поверхность 14 8 фотонов чрезвычайно велико. Таким образом, следует также понимать, что число множества свободных электронов 414 и множества свободных дырок 424 также чрезвычайно велико.
[0072] Обращаясь к Фиг.4, несколько направлений 426, 436 и
44 0 силы обозначены двойными стрелками, а несколько направлений
434, 438 и 442 движения обозначены одиночными стрелками.
Направление 42 6 силы - это сила градиента ширины запрещенной
зоны, действующая на свободные дырки и свободные электроны с
момента, когда они созданы при поглощении фотона, пока они не
рекомбинируют с противоположным носителем (свободные электроны
объединяются со свободными дырками, аннигилируя друг друга и
образуя или вторичный фотон, или событие потери энергии,
которое дает, главным образом, тепло). Понятно, что огромное
большинство носителей не будет рекомбинировать с
противоположным им типом носителей, пока они не достигнут
аннигиляционного слоя, но неизбежно, что в любом реальном
устройстве со многими носителями обоих типов некоторая
рекомбинация может произойти преждевременно в любой точке в
устройстве. Ясно, что рекомбинация до того, как носитель
достигнет аннигиляционного слоя, приведет к снижению
эффективности преобразования. Направление движения,
обозначенное стрелкой 434, представляет собой направление движения и свободных дырок, и свободных электронов в ответ на силу 42 6 градиента ширины запрещенной зоны. Следует понимать, что направление 434 движения и свободных дырок, и свободных электронов также имеет компоненту скорости, которая также вызвана силой градиента ширины запрещенной зоны. Как ранее описано, все устройство расположено в магнитном поле, представленном силовыми линиями 159. Силовые линии от этого магнитного поля представлены индивидуально как стрелки 157, 158, 160, 161 и 162, но понятно, что все устройство имеет приблизительно однородное магнитное поле, включая силовые линии магнитного поля, проникающие через него повсюду. В каждой точке в устройстве перемещающиеся носители будут испытывать
воздействие магнитной поляризующей силы, равной векторному произведению магнитного поля с вектором скорости, умноженному на заряд. Уравнение для этой силы имеет следующий вид: FMn=qvDB, где FMn - магнитная поляризующая сила, действующая на перемещающийся носитель заряда со скоростью "v" и электрическим зарядом "q", а "В" - индукция магнитного поля и "?" означает оператор векторного произведения. Как видно из Фиг.4, направление магнитного поля ориентировано ортогонально к направлению силы градиента ширины запрещенной зоны. Это является ориентацией максимальной эффективности устройства, но понятно, что малые отклонения от этой идеальной ориентации приведут к рабочим характеристикам, которые лишь незначительно меньше, чем обеспечила бы идеальная ориентация. Уникальное свойство градиента ширины запрещенной зоны заключается в том, что он принуждает к движению и свободные электроны, и свободные дырки в том же самом направлении, в противоположность электрическому полю (либо приложенному извне, либо созданному внутри в диодной структуре обычного фотоэлектрического устройства), которое выталкивает свободные электроны в одном направлении, а свободные дырки - в другом. Сила градиента ширины запрещенной зоны является неполяризующей в магнитно-поляризованном фотонном устройстве 100. В магнитно-поляризованном фотонном устройстве 100 свободные электроны и свободные дырки приобретают и движение, и скорость, обозначенные стрелкой 434, в направлении силы 42 6 градиента ширины запрещенной зоны. И отрицательно заряженные свободные электроны, и положительно заряженные свободные дырки, совершающие движение, двигаясь в направлении 4 34, испытывают магнитную поляризующую силу 43 6 для свободных электронов и магнитную поляризующую силу 44 0 для свободных дырок, которые перемещают свободные электроны налево (направление 438) и свободные дырки направо (направление 4 42) на Фиг. 4 соответственно, тем самым облегчая перевод энергии свободных электронов и свободных дырок в их соответствующих энергетических зонах в электрическую энергию в виде электрического тока 751 на Фиг.7, текущего против
электрического поля 750 на Фиг.7. Этот перевод энергии достигается при значительно более высокой эффективности, чем обычными фотоэлектрическими элементами. Свободные электроны и свободные дырки сосуществуют по всему слою 142 с переменной шириной запрещенной зоны, со свободными дырками, двигающимися в направлении электрода 12 8, и свободными электронами, двигающимися в направлении электрода 116 на Фиг.4.
[0073] На Фиг.5 показана перевернутая структура с подобными элементами, обозначенными подобными номерами. Как описано ранее, подложка 501 выбирается так, чтобы позволить выбранным фотонам проходить через подложку с тем, чтобы они могли быть поглощены в слое 142 с переменной шириной запрещенной зоны, который расположен на поверхности 505 подложки 501.
[0074] Обращаясь к Фиг.6, движение свободного электрона
422 обозначено изогнутой стрелкой 602 движения. Движение
свободной дырки 425 обозначено изогнутой стрелкой 610 движения.
Аналогично, носители, которые созданы по всему градиенту ширины
запрещенной зоны, показаны соответственными им стрелками
движения, которые являются результатом воздействия
соответствующих магнитных поляризующих сил на каждый заряженный носитель, которые являются результатом движения, вызванного силой градиента ширины запрещенной зоны на каждый заряженный носитель.
[0075] Обращаясь теперь к Фиг.7, там показаны общие траектории, проходимые каждым свободным электроном и каждой свободной дыркой на Фиг.4, 5 и 6. Траектория 7 02 указывает путь, пройденный свободным электроном 422, с конечным положением свободного электрона 422, показанным на Фиг.7. Траектория 710 - это путь, пройденный свободной дыркой 425, с конечным положением свободной дырки 425, показанным на Фиг.7. Аналогично, траектория 7 04 - это путь, пройденный свободным электроном 42 0, траектория 712 - это путь, пройденный свободной дыркой 42 8, траектория 706 - это путь, пройденный свободным электроном 418, траектория 714 - это путь, пройденный свободной дыркой 430, траектория 7 08 - это путь, пройденный свободным
электроном 416, и траектория 716 - это путь, пройденный свободной дыркой 432. В настоящем изобретении один из уникальных аспектов этого устройства заключается в том, что его выходное напряжение (электрический потенциал между электродами 12 8 и 116) может быть значительно большим, чем полный перепад градиента ширины запрещенной зоны, испытываемый каждым носителем. Этот потенциал устанавливает поперечное электрическое поле 750 между электродами 128 и 116 и существует по всему слою с переменной шириной запрещенной зоны и аннигиляционному слою. Выходное напряжение этого устройства в целом является линейной функцией его длины (расстояния между электродами 116 и 128) . Это совсем не так в случае с обычными фотоэлектрическими устройствами, где выходное напряжение непосредственно связано с шириной запрещенной зоны материала, в котором создана диодная структура, и ограничено этим значением. Как пример, типичный выход кремниевого солнечного элемента составляет приблизительно 0,7 эВ и ограничен приблизительно полной шириной запрещенной зоны 1,1 эВ. Как можно видеть на Фиг.7, большинство носителей движутся от точки, где они были созданы при поглощении фотона, вниз по градиентной запрещенной зоне к аннигиляционному слою, где они встречают носитель противоположного типа и аннигилируют (рекомбинируя парами и теряя энергию запрещенной зоны аннигиляционного слоя). По мере того как каждый носитель перемещается вниз по градиенту ширины запрещенной зоны, он теряет потенциальную энергию, двигаясь от большой энергии запрещенной зоны к более низкой энергии запрещенной зоны. Эта энергия передается в поперечное электрическое поле 750 как движение заряда против электрического поля (ток против электрического поля - это генерация электроэнергии). Соотношение размеров на Фиг.7 не показано в масштабе, и расстояние между контактами 116 и 128 обычно во много раз (50-1000 раз) превышает расстояние от верха слоя с переменной шириной запрещенной зоны к его основанию. В результате этого большого соотношения размеров, в целом, огромное количество свободных электронов и свободных дырок перемещаются одновременно вниз по градиенту ширины запрещенной
зоны и находят противоположный им заряд, с которым они аннигилируют, когда достигают основания устройства (не показано). Поскольку каждая пара носителей перемещается вниз на энергию запрещенной зоны порядка 1 эВ, каждая пара движется против приблизительно 1 вольта электрического потенциала электрического поля 750. Эти носители действуют как последовательное соединение малых 1-вольтных источников питания с малым током, которое действует для создания большого напряжения при малом токе. Следует понимать, что это устройство просто преобразует фотонную энергию в электрическое напряжение и ток и что эффективность, с которой это происходит, составляет менее 100%. Как пример, один кулон заряда - это 6,25П1018 электрических зарядов. Если бы б,25П1018 фотонов/секунду с 1 эВ энергии (падающая мощность 1 Ватт) идеально поглотились на участке в 1 эВ ширины градиентной запрещенной зоны магнитно-поляризованного фотонного устройства этого типа, имеющего расстояние между электродами 116 и 12 8 в 1 см, то оптимальное выходное напряжение на нагрузке составило бы порядка 50 вольт с током приблизительно 0,01 Ампер. Это было бы выходной мощностью 0,5 Ватт, соответствующей 50%-ому преобразованию энергии. Эта эффективность преобразования зависит от многих факторов, включая, но без ограничения, подвижность носителей (связанная с сопротивлением устройства), минимальная ширина запрещенной зоны аннигиляционного слоя, индукция магнитного поля и физическая толщина устройства. В структуре этого типа возможно превысить 50-75%-ую эффективность преобразования при оптимальных условиях.
[0076] На Фиг.8 показана диаграмма энергии в зависимости от глубины, на которой обозначены слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны, аннигиляционный слой 106 и слой 102 подложки. На этой диаграмме аннигиляционный слой 106 представляет собой заполненный дефектами слой Cdo, osHgo, эьЭе с шириной запрещенной зоны приблизительно 0,19 эВ, который, лишь в качестве примера, может быть осажден при температуре, которая вызывает антиузловые дефекты (атомы селена, расположенные там, где должны находиться ртуть или кадмий в совершенном кристалле).
Слой 142 с переменной шириной запрещенной зоны на этой диаграмме выращен таким образом, что материал имеет превосходное качество и мало дефектов. Это может быть достигнуто, лишь в качестве примера, увеличением температуры роста до идеальной температуры роста для выращивания приблизительно совершенного кристалла без антиузловых дефектов. Начальный состав градиентной запрещенной зоны - Cdo,o5Hgo,95Se, обозначенный на Фиг.8 как пунктирная линия 8 98, соответствующая точке 398 на Фиг.З. Кроме того, состав слоя 142 с переменной шириной запрещенной зоны непрерывно модифицируется, включая увеличивающиеся количества CdSe по сравнению с HgSe так, чтобы ширина запрещенной зоны увеличилась от приблизительно 0,19 эВ до приблизительно 0,35 эВ у Cdo,25Hgo,75Se (пунктирная линия 897 на Фиг.8, соответствующая точке 397 на Фиг.З). Этот рост продолжается с увеличением содержания CdSe до Cd0,3Hgo,7Se
(пунктирная линия 896 на Фиг.8, соответствующая точке 396 на Фиг.З), с шириной запрещенной зоны приблизительно 0,4 4 эВ. Этот рост далее продолжается с увеличением содержания CdSe до Cdo,5Hgo,5Se (пунктирная линия 895 на Фиг. 8, соответствующая точке 395 на Фиг.З), с шириной запрещенной зоны приблизительно 0,8 эВ. Этот рост далее продолжается с увеличением содержания CdSe до Cdo,9Hgo,iSe (пунктирная линия 8 94 на Фиг. 8, соответствующая точке 3 94 на Фиг.З) с шириной запрещенной зоны приблизительно 1,52 эВ. Этот рост далее продолжается с увеличением содержания CdSe до приблизительно чистого CdSe
(точка 222 на Фиг.З) с шириной запрещенной зоны приблизительно 1,7 эВ.
[0077] Вышеприведенное описание изобретения было приведено со ссылкой на конкретные примерные варианты реализации; однако, следует отметить, что могут быть выполнены различные модификации и изменения без отступления от объема притязаний настоящего изобретения, сформулированного в нижеприведенной формуле изобретения. Описание и чертежи следует рассматривать как иллюстративные, а не ограничительные, и все такие модификации предполагаются включенными в объем притязаний настоящего изобретения. Соответственно, объем притязаний
изобретения должен определяться приложенной формулой изобретения и ее правовыми эквивалентами, а не описанными выше примерами. Например, этапы, указанные в каком-либо способе или в пунктах формулы на способ, могут выполняться в любом порядке и не ограничены конкретным порядком, представленным в формуле изобретения. Кроме того, компоненты и/или элементы, указанные в каких-либо пунктах формулы на устройство, могут быть собраны или иначе функционально скомпонованы с разнообразными перестановками для получения практически того же самого результата, что и в настоящем изобретении, и, соответственно, не ограничены конкретной конфигурацией, приведенной в формуле изобретения.
[0078] Выгоды, другие преимущества и решения проблем были описаны выше в отношении конкретных вариантов реализации; однако любые выгода, преимущество, решение проблем или какой-либо элемент, которые могут привести к каким-либо конкретным выгоде, преимуществу или решению, появившимся или ставшим более выраженными, не должны рассматриваться как критические, требуемые или существенные признаки или компоненты какого-либо из или всех пунктов формулы изобретения.
[0079] Употребляемые здесь термины "содержит", "содержащий", "включает", "включающий" или какая-либо их вариация служат для обозначения неисключительного включения, так что процесс, способ, изделие, состав или аппарат, которые содержат некий список элементов, включают в себя не только указанные элементы, но могут также включать в себя и другие элементы, не явно перечисленные или присущие такому процессу, способу, изделию, составу или аппарату. Другие комбинации и/или модификации вышеописанных структур, компоновок, применений, пропорций, элементов, материалов или компонентов, используемых в практике настоящего изобретения, в дополнение к тем, которые не были указаны в явном виде, могут варьироваться или могут быть иначе конкретно приспособлены специалистами в данной области техники к определенным средам, производственным особенностям, параметрам конструкции или к другим эксплуатационным требованиям без отступления от их общих принципов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Магнитно-поляризованное фотонное устройство,
содержащее:
материал с переменной шириной запрещенной зоны, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, третью поверхность, четвертую поверхность, пятую поверхность и шестую поверхность, причем первая поверхность и вторая поверхность практически параллельны, и при этом третья поверхность и пятая поверхность практически параллельны, и при этом четвертая поверхность и шестая поверхность практически параллельны, и при этом третья, четвертая, пятая и шестая поверхности перпендикулярны первой и второй поверхностям и расположены между ними, и при этом третья и пятая поверхности перпендикулярны четвертой и шестой поверхностям и расположены между ними, причем материал с переменной шириной запрещенной зоны, имеющий значения ширины запрещенной зоны с большими значениями ширины запрещенной зоны, простирающимися от первой поверхности, и с уменьшающимися значениями ширины запрещенной зоны, прогрессирующими ко второй поверхности;
первый контакт, имеющий седьмую поверхность, восьмую поверхность, девятую поверхность, десятую поверхность, одиннадцатую поверхность и двенадцатую поверхность, причем седьмая поверхность и восьмая поверхность практически параллельны, и при этом девятая поверхность и одиннадцатая поверхность практически параллельны, и при этом десятая поверхность и двенадцатая поверхность практически параллельны, и при этом девятая, десятая, одиннадцатая и двенадцатая практически перпендикулярны седьмой и восьмой поверхностям и расположены между ними, и при этом девятая и одиннадцатая практически перпендикулярны десятой и двенадцатой поверхностям и расположены между ними, и при этом первый контакт электрически связан с материалом с переменной шириной запрещенной зоны; и
второй контакт, имеющий тринадцатую поверхность,
четырнадцатую поверхность, пятнадцатую поверхность,
шестнадцатую поверхность, семнадцатую поверхность и
восемнадцатую поверхность, причем тринадцатая поверхность и четырнадцатая поверхность практически параллельны, и при этом пятнадцатая поверхность и семнадцатая поверхность практически параллельны, и при этом шестнадцатая поверхность и восемнадцатая поверхность практически параллельны, и при этом пятнадцатая, шестнадцатая, семнадцатая и восемнадцатая поверхности практически перпендикулярны тринадцатой и четырнадцатой поверхностям и расположены между ними, и при этом шестнадцатая и восемнадцатая поверхности практически перпендикулярны пятнадцатой и семнадцатой поверхностям и расположены между ними, и при этом второй контакт электрически связан с материалом с переменной шириной запрещенной зоны, и при этом первый и второй контакты располагаются практически противоположными друг другу.
2. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.1, причем материал с переменной шириной запрещенной зоны выполнен из группы, содержащей: теллурид кадмия-ртути (HgCdTe), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид ртути (НдТе), антимонид индия
(InSb), теллурид кадмия (CdTe), селенид ртути (HgSe), арсенид индия (InAs), антимонид галлия-алюминия (AlGaSb), антимонид-арсенид индия (InAsSb), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид-селенид цинка-кадмия (CdZnSeTe) и теллурид марганца-кадмия (CdMnTe), теллурид-антимонид галлия-цинка (ZnGaSbTe), теллурид-антимонид алюминия-цинка (ZnAlSbTe), антимонид галлия
(GaSb), теллурид цинка (ZnTe), антимонид алюминия (AlSb), теллурид марганца (МпТе), арсенид галлия (GaAs), и их сочетания и смеси.
3. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.1, причем материал с переменной шириной запрещенной зоны имеет значения ширины запрещенной зоны в пределах от 8,0 эВ до 0,0 эВ.
4. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.1, дополнительно содержащее слой, расположенный поверх слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
5. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.4, причем упомянутый слой включает в себя фильтр длин волн света.
3.
6. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.4, причем упомянутый слой включает в себя защитное покрытие.
7. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.4, причем упомянутый слой включает в себя линзу.
8. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.4, причем упомянутый слой включает в себя еще одно фотонное устройство.
9. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.4, причем упомянутый слой включает в себя отражатель выборочных длин волн света.
10. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п. 4, причем упомянутый слой включает в себя противоотражательный слой.
11. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.1, причем одиннадцатая поверхность первого контакта электрически связана с третьей поверхностью материала с переменной шириной запрещенной зоны.
12. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.1, причем пятнадцатая поверхность второго контакта электрически связана с пятой поверхностью материала с переменной шириной запрещенной зоны.
13. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.З, причем материал с переменной шириной запрещенной зоны выполнен имеющим первый участок и второй участок, причем первый участок выполнен с наибольшим значением ширины запрещенной зоны около первой поверхности с небольшим градиентом значений ширины запрещенной зоны ко второму участку, причем второй участок выполнен с наименьшими значениями ширины запрещенной зоны у второй поверхности, при этом энергии запрещенной зоны снижаются сильно.
14. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.1, причем материал с переменной шириной запрещенной зоны имеет толщину, составляющую в пределах от 0,1 микрона до 50,0 микрон.
15. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.14, где толщина материала с переменной шириной запрещенной зоны имеет значение от 5,0 микрон до 3 0,0 микрон.
3.
16. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.15, причем толщина материала с переменной шириной запрещенной зоны имеет значение от 10,0 микрон до 2 0,0 микрон.
17. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.1, дополнительно содержащее:
магнитное поле, имеющее множество силовых линий магнитного поля, причем по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля входит через четвертую поверхность материала с переменной шириной запрещенной зоны.
18. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.17, причем упомянутая по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля выходит через шестую поверхность материала с переменной шириной запрещенной зоны.
19. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.17, причем магнитное поле составляет в пределах от 0,1 Тесла до 50,0 Тесла.
20. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.19, причем магнитное поле составляет в пределах от 0,5 Тесла до 10,0 Тесла.
21. Магнитно-поляризованное фотонное устройство,
содержащее:
подложку, имеющую первую поверхность и вторую поверхность, причем первая поверхность и вторая поверхность практически параллельны;
аннигиляционный слой, имеющий первую толщину, третью поверхность, четвертую поверхность, пятую поверхность, шестую поверхность, седьмую поверхность и восьмую поверхность, при этом третья и четвертая поверхности аннигиляционного слоя практически параллельны, и при этом пятая и седьмая поверхности аннигиляционного слоя практически параллельны, и при этом шестая и восьмая поверхности аннигиляционного слоя практически параллельны, и при этом пятая, шестая, седьмая и восьмая поверхности практически перпендикулярны третьей и четвертой поверхностям и расположены между ними, и при этом пятая и седьмая поверхности практически перпендикулярны шестой и восьмой поверхностям, и при этом четвертая поверхность
аннигиляционного слоя расположена на первой поверхности полупроводниковой подложки;
слой с переменной шириной запрещенной зоны, имеющий вторую толщину и имеющий девятую поверхность и десятую поверхность, одиннадцатую поверхность, двенадцатую поверхность, тринадцатую поверхность и четырнадцатую поверхность, причем девятая и десятая поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны практически параллельны друг другу, и при этом одиннадцатая и тринадцатая поверхности практически параллельны, и при этом двенадцатая и четырнадцатая поверхности практически параллельны, и при этом одиннадцатая, двенадцатая, тринадцатая и четырнадцатая поверхности практически перпендикулярны девятой и десятой поверхностям и расположены между ними, и при этом одиннадцатая и тринадцатая поверхности практически перпендикулярны двенадцатой и четырнадцатой поверхностям и расположены между ними, и при этом десятая поверхность слоя с переменной шириной запрещенной зоны расположена на третьей поверхности аннигиляционного слоя;
первый контакт, имеющий пятнадцатую поверхность и шестнадцатую поверхность, причем первый контакт электрически связан с по меньшей мере участком пятой поверхности аннигиляционного слоя;
второй контакт, имеющий семнадцатую поверхность и восемнадцатую поверхность, причем второй контакт электрически связан с по меньшей мере участком седьмой поверхности аннигиляционного слоя.
22. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем подложка выполнена из полупроводникового материала.
23. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем подложка выполнена из диэлектрического материала.
24. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем аннигиляционный слой выполнен из группы, содержащей: теллурид кадмия-ртути (HgCdTe), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид ртути (НдТе), антимонид индия (InSb), теллурид кадмия (CdTe), селенид ртути (HgSe), арсенид индия (InAs), антимонид галлия-алюминия (AlGaSb), антимонид-арсенид индия (InAsSb),
22.
селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид-селенид цинка-кадмия (CdZnSeTe) и теллурид марганца-кадмия (CdMnTe), теллурид-антимонид галлия-цинка (ZnGaSbTe), теллурид-антимонид алюминия-цинка (ZnAlSbTe), антимонид галлия (GaSb), теллурид цинка (ZnTe), антимонид алюминия (AlSb), теллурид марганца (МпТе), арсенид галлия (GaAs), и их сочетания и смеси.
25. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем слой с переменной шириной запрещенной зоны выполнен из группы, содержащей: теллурид кадмия-ртути (HgCdTe), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид ртути (НдТе), антимонид индия
(InSb), теллурид кадмия (CdTe), селенид ртути (HgSe), арсенид индия (InAs), антимонид галлия-алюминия (AlGaSb), антимонид-арсенид индия (InAsSb), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид-селенид цинка-кадмия (CdZnSeTe) и теллурид марганца-кадмия (CdMnTe), теллурид-антимонид галлия-цинка (ZnGaSbTe), теллурид-антимонид алюминия-цинка (ZnAlSbTe), антимонид галлия
(GaSb), теллурид цинка (ZnTe), антимонид алюминия (AlSb), теллурид марганца (МпТе), арсенид галлия (GaAs), и их сочетания и смеси.
26. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем аннигиляционный слой имеет значения ширины запрещенной зоны в пределах от 8,0 эВ до 0,0 эВ.
27. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем слой с переменной шириной запрещенной зоны имеет значения ширины запрещенной зоны в пределах от 8,0 эВ до 0,0 эВ.
28. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем аннигиляционный слой выполнен имеющим переменную ширину запрещенной зоны.
29. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем аннигиляционный слой включает в себя дефекты.
30. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.28, дополнительно включающее в себя дефекты.
31. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, дополнительно включающее в себя слой, расположенный поверх слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
26.
32. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.31, причем упомянутый слой представляет собой фильтр длин волн света.
33. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.31, причем упомянутый слой представляет собой защитное покрытие.
34. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.31, причем упомянутый слой представляет собой линзу.
35. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем шестнадцатая поверхность первого контакта электрически связана с пятой поверхностью слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
36. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.35, причем шестнадцатая поверхность первого контакта расположена на пятой поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
37. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем семнадцатая поверхность второго контакта электрически связана с седьмой поверхностью слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
38. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.37, причем семнадцатая поверхность второго контакта расположена на седьмой поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
39. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.27, причем слой с переменной шириной запрещенной зоны выполнен имеющим первый участок и второй участок, причем первый участок, выполненный с наибольшим значением ширины запрещенной зоны, расположен около третьей поверхности с постепенным уменьшением значений ширины запрещенной зоны ко второму участку, причем второй участок выполнен с наименьшим значением ширины запрещенной зоны у четвертой поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны, при этом уменьшение значений ширины запрещенной зоны во втором участке является резким.
40. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, причем слой с переменной шириной запрещенной зоны имеет толщину, составляющую в пределах от 0,1 микрона до 50,0 микрон.
41. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.40, причем толщина слоя с переменной шириной запрещенной зоны имеет
26.
значение от 10,0 микрон до 2 0,0 микрон.
42. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.40, причем толщина слоя с переменной шириной запрещенной зоны имеет значение от 10,0 микрон до 2 0,0 микрон.
43. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.21, дополнительно содержащее:
магнитное поле, имеющее множество силовых линий магнитного поля, причем по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля входит через двенадцатую поверхность слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
44. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.43, причем по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля выходит через четырнадцатую поверхность слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
45. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.43, причем по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля входит через шестую поверхность аннигиляционного слоя.
46. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.43, причем по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля выходит через восьмую поверхность аннигиляционного слоя.
47. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.43, причем магнитное поле составляет в пределах от 0,1 Тесла до 50,0 Тесла.
48. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.47, причем магнитное поле составляет в пределах от 0,5 Тесла до 10,0 Тесла.
49. Магнитно-поляризованное фотонное устройство,
содержащее:
аннигиляционный материал, имеющий первую поверхность, вторую поверхность, третью поверхность, четвертую поверхность, пятую поверхность и шестую поверхность, причем первая поверхность и вторая поверхность практически параллельны, и при этом третья поверхность и пятая поверхность практически параллельны, и при этом четвертая поверхность и шестая поверхность практически параллельны, и при этом третья, четвертая, пятая и шестая поверхности перпендикулярны первой и
второй поверхностям и расположены между ними, и при этом третья и пятая поверхности перпендикулярны четвертой и шестой поверхностям и расположены между ними, причем аннигиляционный материал имеет по меньшей мере одно значение ширины запрещенной зоны;
первый контакт, имеющий седьмую поверхность, восьмую поверхность, девятую поверхность, десятую поверхность, одиннадцатую поверхность и двенадцатую поверхность, причем седьмая поверхность и восьмая поверхность практически параллельны, и при этом девятая поверхность и одиннадцатая поверхность практически параллельны, и при этом десятая поверхность и двенадцатая поверхность практически параллельны, и при этом девятая, десятая, одиннадцатая и двенадцатая практически перпендикулярны седьмой и восьмой поверхностям и расположены между ними, и при этом девятая и одиннадцатая практически перпендикулярны десятой и двенадцатой поверхностям и расположены между ними, и при этом первый контакт электрически связан с аннигиляционным материалом; и
второй контакт, имеющий тринадцатую поверхность,
четырнадцатую поверхность, пятнадцатую поверхность,
шестнадцатую поверхность, семнадцатую поверхность и восемнадцатую поверхность, причем тринадцатая поверхность и четырнадцатая поверхность практически параллельны, и при этом пятнадцатая поверхность и семнадцатая поверхность практически параллельны, и при этом шестнадцатая поверхность и восемнадцатая поверхность практически параллельны, и при этом пятнадцатая, шестнадцатая, семнадцатая и восемнадцатая поверхности практически перпендикулярны тринадцатой и четырнадцатой поверхностям и расположены между ними, и при этом шестнадцатая и восемнадцатая поверхности практически перпендикулярны пятнадцатой и семнадцатой поверхностям и расположены между ними, и при этом второй контакт электрически связан с аннигиляционным материалом, и при этом первый и второй контакты располагаются практически противоположными друг другу.
50. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.49, причем аннигиляционный материал выполнен из группы, содержащей:
теллурид кадмия-ртути (HgCdTe), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид ртути (НдТе), антимонид индия (InSb), теллурид кадмия
(CdTe), селенид ртути (HgSe), арсенид индия (InAs), антимонид галлия-алюминия (AlGaSb), антимонид-арсенид индия (InAsSb), селенид кадмия-ртути (HgCdSe) , теллурид-селенид цинка-кадмия
(CdZnSeTe) и теллурид марганца-кадмия (CdMnTe), теллурид-антимонид галлия-цинка (ZnGaSbTe), теллурид-антимонид алюминия-цинка (ZnAlSbTe), антимонид галлия (GaSb), теллурид цинка
(ZnTe), антимонид алюминия (AlSb), теллурид марганца (МпТе), арсенид галлия (GaAs), и их сочетания и смеси.
51. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.49, причем аннигиляционный материал имеет значения ширины запрещенной зоны в пределах от 8,0 эВ до 0,0 эВ.
52. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.49, причем аннигиляционный материал имеет значения ширины запрещенной зоны, которые градиентны, имея материал с наибольшей шириной запрещенной зоны около первой поверхности и имея наименьшую ширину запрещенной зоны около второй поверхности.
52. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.49, дополнительно содержащее слой, расположенный поверх аннигиляционного материала.
53. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.51, причем материал с переменной шириной запрещенной зоны выполнен имеющим первый участок и второй участок, причем первый участок выполнен с наибольшим значением ширины запрещенной зоны около первой поверхности с небольшим градиентом значений ширины запрещенной зоны ко второму участку, причем второй участок выполнен с наименьшими значениями ширины запрещенной зоны у второй поверхности, при этом энергии запрещенной зоны уменьшаются сильно.
54. Магнитно-поляризованное фотонное устройство,
содержащее:
подложку, имеющую первую поверхность и вторую поверхность, причем первая поверхность и вторая поверхность практически параллельны;
слой с переменной шириной запрещенной зоны, имеющий первую толщину, третью поверхность, четвертую поверхность, пятую поверхность, шестую поверхность, седьмую поверхность и восьмую поверхность, причем третья и четвертая поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны практически параллельны, и при этом пятая и седьмая поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны практически параллельны, и при этом шестая и восьмая поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны практически параллельны, и при этом пятая, шестая, седьмая и восьмая поверхности практически перпендикулярны третьей и четвертой поверхностям и расположены между ними, и при этом пятая и седьмая поверхности практически перпендикулярны шестой и восьмой поверхностям, и при этом четвертая поверхность слоя с переменной шириной запрещенной зоны расположена на первой поверхности полупроводниковой подложки;
аннигиляционный слой, имеющий вторую толщину и имеющий девятую поверхность и десятую поверхность, одиннадцатую поверхность, двенадцатую поверхность, тринадцатую поверхность и четырнадцатую поверхность, причем девятая и десятая поверхности аннигиляционного слоя практически параллельны друг другу, и при этом одиннадцатая и тринадцатая поверхности практически параллельны, и при этом двенадцатая и четырнадцатая поверхности практически параллельны, и при этом одиннадцатая, двенадцатая, тринадцатая и четырнадцатая поверхности практически перпендикулярны девятой и десятой поверхностям и расположены между ними, и при этом одиннадцатая и тринадцатая поверхности практически перпендикулярны двенадцатой и четырнадцатой поверхностям и расположены между ними, и при этом десятая поверхность аннигиляционного слоя расположена на третьей поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны;
первый контакт, имеющий пятнадцатую поверхность и шестнадцатую поверхность, причем первый контакт электрически связан с по меньшей мере участком пятой поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны;
второй контакт, имеющий семнадцатую поверхность и восемнадцатую поверхность, причем второй контакт электрически
связан с по меньшей мере участком седьмой поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
55. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.54, причем подложка выполнена из полупроводникового материала.
56. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.54, причем подложка выполнена из диэлектрического материала.
57. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.54, причем слой с переменной шириной запрещенной зоны выполнен из группы, содержащей: теллурид кадмия-ртути (HgCdTe), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид ртути (НдТе), антимонид индия
(InSb), теллурид кадмия (CdTe), селенид ртути (HgSe), арсенид индия (InAs), антимонид галлия-алюминия (AlGaSb), антимонид-арсенид индия (InAsSb), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид-селенид цинка-кадмия (CdZnSeTe) и теллурид марганца-кадмия (CdMnTe), теллурид-антимонид галлия-цинка (ZnGaSbTe), теллурид-антимонид алюминия-цинка (ZnAlSbTe), антимонид галлия
(GaSb), теллурид цинка (ZnTe), антимонид алюминия (AlSb), теллурид марганца (МпТе), арсенид галлия (GaAs), и их сочетания и смеси.
58. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.54, причем аннигиляционный слой выполнен из группы, содержащей: теллурид кадмия-ртути (HgCdTe), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид ртути (НдТе), антимонид индия (InSb), теллурид кадмия
(CdTe), селенид ртути (HgSe), арсенид индия (InAs), антимонид галлия-алюминия (AlGaSb), антимонид-арсенид индия (InAsSb), селенид кадмия-ртути (HgCdSe), теллурид-селенид цинка-кадмия
(CdZnSeTe) и теллурид марганца-кадмия (CdMnTe), теллурид-антимонид галлия-цинка (ZnGaSbTe), теллурид-антимонид алюминия-цинка (ZnAlSbTe), антимонид галлия (GaSb), теллурид цинка
(ZnTe), антимонид алюминия (AlSb), теллурид марганца (МпТе), арсенид галлия (GaAs), и их сочетания и смеси.
59. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.54, дополнительно включающее в себя слой, расположенный поверх подложки.
60. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.54, дополнительно содержащее:
59.
магнитное поле, имеющее множество силовых линий магнитного поля, причем по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля входит через двенадцатую поверхность аннигиляционного слоя.
61. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.60, причем по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля выходит через четырнадцатую поверхность аннигиляционного слоя.
62. Магнитно-поляризованное фотонное устройство по п.60, причем по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля входит через шестую поверхность слоя с переменной шириной запрещенной зоны.
63. Способ захватывания заряда в магнитно-поляризованном фотонном устройстве, содержащий этапы:
обеспечение слоя с переменной шириной запрещенной зоны, имеющего первую поверхность, вторую поверхность, третью поверхность, четвертую поверхность, и силу градиента ширины запрещенной зоны, причем первая поверхность и вторая поверхность практически параллельны, и при этом третья поверхность и пятая поверхность практически параллельны, и при этом вторая поверхность и шестая поверхность практически перпендикулярны первой поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны, имеющего множество материалов, причем каждый материал имеет конкретную энергию запрещенной зоны (эВ) , множество материалов динамически упорядочены, при этом материал с наибольшей шириной запрещенной зоны расположен около первой поверхности, а материал с наименьшей шириной запрещенной зоны расположен около второй поверхности, и каждый из множества материалов имеет свою собственную энергию запрещенной зоны (эВ), динамически находящуюся от наибольшей до наименьшей, расположенных между ними;
обеспечение первого контакта, расположенного на и электрически связанного с четвертой поверхностью слоя с переменной шириной запрещенной зоны;
обеспечение второго контакта, расположенного на и электрически связанного с третьей поверхностью слоя с переменной шириной запрещенной зоны;
помещение слоя с переменной шириной запрещенной зоны в
магнитное поле, имеющее множество магнитных силовых линий, причем по меньшей мере одна силовая линия магнитного поля проходит через четвертую поверхность (должна ли выйти?) слоя с переменной шириной запрещенной зоны; и
подвергание первой поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны воздействию фотонного источника, причем фотоны поглощаются материалом с переменной шириной запрещенной зоны и затем расщепляются на свободные электроны и свободные дырки, причем свободные электроны и свободные дырки выталкиваются силой градиента ширины запрещенной зоны ко второй поверхности слоя с переменной шириной запрещенной зоны, при этом одновременно на свободные электроны и свободные дырки действует магнитное поле, перемещая свободные электроны и связанный с ними заряд к первому контакту и перемещая свободные дырки и связанный с ними заряд ко второму контакту.
По доверенности
526189
¦240
f-228
f-226
3.0-
2.5-
2.0-
1.5
242
244
^246
234
j~236
222 232
S-224
¦220
212
205 -520 /
-827 з
1.0-
0.5-
0.0
238
S~2W S~2W
j-214
S~206
0.5 0.56 C.58 0.60 0.62
ПАРАМЕТР РЕШЕТКИ (нм)
0.64
0.66
ФИГ.2
204
3.5(tm)
391
¦226
202 зл~
1 2.H
±-392
1-224 393-**
О X X
3" ш
<
СО -
Q_ Ш X О
151015" J.0
394 !
^-398
212
206
~1 1 Г~
0.56 0.8 0.60
ПАРАМЕТР РЕШЕТКИ (нм)
0.62
0.64
0.66
ФИГ.З
ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОНОВ
2/8
2/8
2/8
2/8
2/8
2/8
2/8
2/8
2/8
2/8
3/8
3/8
3/8
3/8
3/8
3/8
3/8
3/8
3/8
3/8
3/8
3/8
4/8
7/8
7/8
|
