Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Фотоприемники с внутренним фотоэффектом



Фоторезисторы. Принцип работы - внутренний фотоэффект; изменение омического сопротивления полупроводникового слоя за счет генерации носителей тока.

Материалы: Ge, CdS, CdSe, PbS, PbSe, InSb, CdHgTe и т. д.

, PbS - 3,2 мкм, CdS - 0,55 мкм, InSb - 6,6 мкм.

Ко входу усилителя ФР подключается по схеме:

 

Если , то

Отношение светового и темнового токов может достигать кратности 106-1010 (CdS, CdSe).

Фоторезисторы подразделяются на охлаждаемые и неохлаждаемые. Технология их получения: гидрохимический синтез или вакуумное нанесение тонких пленок толщиной 0,5 – 2 мкм, qп= 0,1 0,1 до 10 10 мм, (чаще 1 1 мм). Далее вакуумными или электрохимическими методами наносят контакты, сенсибилизируют или может быть выдержка с этой целью, для формирования топологии фотоприемника проводят операцию фотолитографии, затем осуществляют сборку и корпусирование.

Фоторезисторы на основе CdS и CdSe используют токовый режим работы из-за больших RT (ГОм).

PbS (поликристаллический), RT=50 - 1000 кОм, Δλ = 0,38 - 3,2, τ = 30 - 400 мкс, Д* ведущих фирм 1011 смГц1/2Вт-1 при 300К.

PbSe (поликристаллический). RT=200-1000КОм, Δλ=1,0 - 4,6, τ = 3 -12 мкс, Д* ведущих фирм (5-8)∙1010 смГц1/2Вт-1.

InSb монокристалл (77K). RT ≈ 10 КОм, τ = 2 мс, Δλ = 1,5-6,5 мкм, Д*= 1010-1011 смГц1/2Вт-1.

CdHgTe (192 K). λmax= 4,8 (Δλ = 3 - 5), Д* = (1-2)∙1011 смГц1/2Вт-1.

CdHgTe(78). λmax= (8-12), Д* = 1011 смГц1/2Вт-1 (90% от теоретического значения) – это достоинство, R = 200 - 400 Ом – существенный недостаток.

Преимущества фоторезисторов: высокие Д*, высокий коэффициент преобразования излучения, использование простых электрических схем.

Недостатки: нелинейность энергетической характеристики, нестабильность характеристик, высокая температурная зависимость характеристик, необходимость в охлаждение некоторых ФР.

Применение: непрецизионные измерения лучистого потока, пороговые высокочувствительные датчики, теплопеленгация, спектрофотометрия, зрение роботов, аналитическая техника газовых сред.

 

Фотодиоды. Это полупроводниковый прибор, обладающий способностью односторонней проводимости при облучении светом. В качестве ФП он может работать в фотодиодном и фотогальваническом режимах. Известно, что в месте контакта “p” и “n” проводника возникает область обеднения по концентрации носителей и за счет возникновения электрического поля устанавливается потенциальный барьер.

Если к “p-n” переходу приложить Uп, то потечет ток. В прямом режиме ФД не используется, так как токи будут большими и они не зависят от величины оптического потока. Но если к “p-n” переходу приложить разность потенциалов таким образом, чтобы “p” область была под отрицательным зарядом, а “n”-под положительным (обратное смещение), то в цепи на нагрузочном сопротивление появится обратный ток за счет неосновных носителей. Его величина не зависит от Фп области “p-n” перехода. Такой режим работ называется фотодиодным.

Кривая 1 соответствует темному току при Ф=0, то есть обратному току через неосвещенный ФД.

При работе в фотогальваническом режиме между “p” и “n” областями возникает разность потенциалов из-за перехода носителей через запирающий слой под действием света (электроны переходят в “p”область, обогащая ее, оставляя дырки на прежнем месте). В таком режиме не требуется источник питания. Не все фотодиоды могут работать в таком режиме.

Материалы ФД: Ge, Si-фотодиодный режим. Для Si = 6-7 мА/лм, Ge = 25-30 мА/лм, iтемн= 3 мкА при Uп = 20 В, у Ge ФД iтемн. больше в 5-6 раз, τ = 10-5-10-8 с.

Для фотогальванических ФД используется InSb. При 77 К пороговое значение оптического потока составляет 4,3∙10-10 Вт, λ = 5,3 мкм, τ < 1 мкс, Для CdHgTe и PbSnTe - значения Д* примерно те же, но уже при 170 К. У них также выше значения RT, равное 150 Ом на квадрат вместо 90 Ом для InSb.

Лавинные фотодиоды. Для увеличения фоточувствительности ФД используется эффект лавинного усиления. При увеличении напряжения смещения до сотен вольт наступает лавинный пробой полупроводникового материала, то есть энергии фотоэлектрона хватает не только преодолеть потенциальный барьер “p-n” перехода, но и ионизировать атомы в “p” области.

Кусил. германиевых фотодиодов достигает 200-300, в кремниевых лавинных фотодиодах -104-106.

 

p – i - n фотодиоды.Для уменьшения постоянной времени используют конструкцию, состоящую из тонкого “n” слоя, более толстого слаболегированного “i” слоя и сильнолегированного слоя “p”. При приложении к “i” области обратного напряжения смещения (100-1000 В) в ней увеличивается скорость дрейфа неосновных носителей тока, образующихся под действием света, отсюда время пролета через “p-n” переход уменьшается до 10-9-10-11с.

 

Фототранзистор. Его можно рассматривать как ФД соединений с транзистором: первый выдает с базы фототок за счет обратного Uсм “база-коллектор”, а второй обеспечивает усиление за счет приложенного напряжения “коллектор-эмиттер”. Конструктивно этот элемент состоит из трех чередующихся областей проводимости “p-n-p” или “n-p-n”. Uсм, приложенное к “p-n” областям “база-коллектор”, создает обратное смещение.

Возникающий на базе фототок играет роль управляющего, вызывая за счёт транзисторного эффекта появления тока коллектора, т.е. фототранзистор практически осуществляет внутреннее усиление фототока.

Чувствительность токовая ~ 100 А/Вт, τ = 2÷3 – 30 ÷ 40 мкс. Значения обнаружительной способности те же, что и у ФД.

Преимущество перед ФД – управление большими токами за счёт усиления фототока.

Применение: измерение постоянной освещённости – приём модулированных сигналов.

 

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.