Главная Движение носителей электрических зарядов



Полевые транзисторы просты в изготовлении, поэтому выход годных приборов выше, чем биполярных. При использовании их в интегральных микросхемах удается получать высокую плотность расположения элементов (на порядок вьппе, чем в схемах на биполярных транзисторах). В монолитных интегральных схемах на МДП-транзисторах их можно использовать в качестве резисторов (МДП-транзисторы, работающие на ненасыщенных участках статических характеристик). Полевые транзисторы применяют в логических схемах, так как большие матрищ>1 из этих элементов располагаются очень компактно. Их широко используют в цифровых вычислительных машинах.

Однако, несмотря на целый ряд преимуществ полевых транзисторов перед биполярдыми, они не могут заменить их полностью. Это, в частности, связано с малым коэффициентом усиления полевых транзисторов. Рабочий диапазон частот полевых транзисторов значительно меньше, чем биполярных: их чаще всего используют до частот в несколько мегагерц.

В гибридных микросхемах совместно используются и полевые, и биполярные транзисторы, что позволяет создавать схемы с улучшенными свойствами. Полевые транзисторы применяют в схемах усилителей, генераторов, переключателей.

§ 17.11. Фотоэлектрические

и излучающие полупроводниковые

приборы

Фотоэлектрическими называют такие приборы, в которых лучистая энергия преобразуется в электрическую.

Принцип действия полупроводниковых фотоэлектрических приборов основан на использовании внутреннего фотоэффекта, суть которого заключается в следующем. Лучистая энергия излучается в виде квантов света {фотонов) с энергией W= hv, где h - постоянная Планка, v - частота излучения. Под воздействием-этой энергии в чистых полупроводниках (и в меньшей степени в диэлектриках) энергия части валентных электронов может увеличиться настолько, что они смогут преодолеть запрещенную зону и перейти в зону проводимости. В примесных полупроводниках и-типа под воздействием лучистой энергии электроны с донорных уровней могут перейти в зону проводимости, а в полупроводниках р-типа дырки с акцепторных уровней - в валентную зону (т. е. фактически валентные электроны перейдут на акцепторные уровни). Для того чтобы электроны чистого полупроводника могли преодолеть запрещенную зону, необходимо сообщить им энергию, большую энергии активации собственной электропроводности АИ или в крайнем случае равную ей, т. е. нужно выполнить условие возникновения фотоэффекта hv AW.B примесных полупроводниках электронам нужно сообщить энергию большую (или равную), чем энергия ионизации АЩ„ т. е. hv AWi.

Полупроводник при этом приобретает добавочную проводимость, которая назьшается фотопроводимостью. Отметим, что проводимость,



обусловленная тепловым возбуждением носителей заряда, назьшается также темновой проводимостью. Когда энергия фотона равна энергии активации (энергии ионизации для примесных полупроводников), ее называют порогом фотоэффекта. Длину волны Xq, соответствующую минимальной частоте Vq (Vq = АИ), называют красной границей внутреннего фотоэффекта. При этом v [Гц] = 3 • 10*До> где Xq - в мкм.

Для разных полупроводников значения Xq различны. Так, для германия Kq як 1,7 мкм, т. е. граница фотоэффекта лежит в инфракрасной области.

Фоторезнсторы - полупроводниковые приборы, которые имеют два контакта и электрическое сопротивление которых изменяется в зависимости от интенсивности и спектрального состава падающего излучения.

На рис. 17.22 показаны схема устройства фоторезистора (а) и его условное обозначение (б). Пластину светочувствительного полупроводникового материала 4 закрепляют на подложке 1 из непроводящего материала (стекла, керамики, кварца), к полупроводнику крепят токоведущие электроды 2, изготовленные ш некорродкрующих материалов (серебра, золота, платины). Чаще всего чувствительные элементы помещают в пластмассовый или металлический корпус, который имеет отверстие для пропускания света 3. Часть светочувствительной полупроводниковой пластины между металлическими контактами является рабочей. В качестве светочувствительного материала в основном используют полупроводниковые соединения: сульфид или теллурид кадмия, сернистый свинец, антимонид индия. Промьпиленностью выпускается большое количество типов фоторезисторов в различном конструктивном исполнении.

При подключении фоторезистора к источнику питания в электрической цепи проходит небольшой ток называемый темповым. При освещении фоторезистора ток в цепи возрастает за счет фототока, обусловленного внутренним фотоэффектом. Вольт-амперная характеристика, т. е. зависимость фототока от приложенного напряжения при постоянном световом потоке Ф, практически линейна (рис. 17.23). Параметры фоторезисторов, как и других полупроводниковых приборов, существенно зависят от температуры.

Фоторезисторы инерционны, что обусловлено конечным временем генерации и рекомбинации носителей заряда при изменении освещен-



Рис. 17.23



ности, вследствие чего фототок не успевает следовать за изменение! освещенности. Это является их недостатком. Однако фоторезисторы просты по конструкции, их масса мала, они стабильны в работе, имеют практически неограниченный срок службы. Фоторезисторы щироко применяют в различных схемах автоматики, контроля, измерения.

Фотодиоды - это полупроводинковые фотоэлектрические приборы с одним р-п-переходом и двумя контактами, принцип действия которых основан 1Ш использовании внутреннего фотоэффекта.

Устройство фотодиодов подобно устройству обычных диодов (рис. 17.24, а), но в корпуса 2 (если он металлический), в который помещен диод, имеется стеклянное окно 1, через которое на диод падает свет. Стекло окна прозрачно для той части спектра, к которой должен быть чувствителен активный элемент фотодиода. Если корпус пластмассовый, полимерный материал должен быть прозрачным для нужной части спектра. Обычно свет направляют перпендикулярно плоскости р-и-перехода (реже - параллельно). Условное обозначение фотодиода дано на рис. 17.24, б.

В гачестве полупроводниковых материалов используют германий, кремний, селен, арсенид индия, сульфид кадмия и др. Фотодиод может работать в режиме фотогенератора и в режиме фотопреобразователя. В первом случае под действием света на зажимах фотодиода создается фото-э. д. с. Такие фотодиоды называют полупроводниковыми фотоэлементами. Во втором случае в цепь фотодиода включают источник питания, создающий обратное смещение р-п-перехода (рис. 17.25). Если фотодиод не освещен, он ведет себя как обычный диод, через него проходит обратный ток, образованный неосновными носителями заряда областей р и п (в данном случае его можно назвать темновым). Если на фотодиод падает свет, то вследствие внутреннего фотоэффекта в обеих областях фотодиода генерируются пары носителей заряда. Неосновные носители заряда, для которых поле р-и-перехода является ускоряющим, могут легко преодолеть р-и-переход и попасть в смежную область (дырки и-области - в область р, а электроны р-области - в область и) и тем самым


-О О--



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 [114] 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0323