Главная Движение носителей электрических зарядов



внести свой вклад в общий ток неосновных носителей заряда фотодиода. Ток неосновных носителей, вызванный освещением, не зависит от напряжения, приложенного к р -и-переходу, он пропорционален световому потоку и называется световым током или фототоком. При этом следует отметить, что одновременно с процессом генерации пар носителей заряда происходит и их рекомбинация. Поэтому достигнут р-и-перехода и перейд)гг через него только те носители, диффузионная длгша которых L больще щирикы области р или и. Кроме того, интенсивность света уменьшается по глубине облучаемого тела, поэтому генерация пар носителей происходит в основном на внешней облучаемой поверхности. Если ширина облучаемой области меньше диффузионной длины дырок, что соответствует реальным структурам фотодиодов, фототок в фотодиоде будет обусловлен движением дырок области и.

На рис. 17.26 представлена вольт-амперная характеристика фотодиода /ф =/([/) для различных значений светового потока Ф. Характеристика при Ф = О представляет собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики диода, т. е. характеристику темнового потока. Отношение фототока /ф к вызвавшему его световому потоку Ф называют фоточувствительностью:

Чувствительность кремниевых фотодиодов равна 3 мА/лм, германиевых - 20 мА/лм, сернисто-серебряных - 10-15 мА/лм. Фотодиоды обладают значительной инерционностью из-за конечного времени диффузии носителей заряда к р-и-переходу и прохождения их через область объемного заряда в р-и-переходе. Кроме того, на инерционность влияет также время зарядки емкости р-и-перехода. Частотные характеристики фотодиодов зависят от материалов, из которых они выполнены, а также от толщины и площади р-и-перехода. Менее инерционны германиевые и кремниевые диоды. Существенным недостатком фотодиодов является зависимость их параметров от температуры.

Фотот{шизистор - это полупроводниковый фотоэлектрический прибор с двуми р-и-пч»еходами.

Устройство и принцип действия фототранзистора такие же, как и биполярного транзистора. Часто фототранзистор имеет два вывода от эмиттера и коллектора. Внешняя часть базы является фоточувствительной поверхностью, поэтому эмиттер обычно имеет небольшие размеры. В корпусе имеется окно для пропускания света. Одна из структур фототранзистора и схема его включения показаны на рис. 17.27, а, б соответственно.

При отсутствии освещения в цепи фототранзистора проходит небольшой темновой ток. При освещении светочувствительной поверхности (на рис. 17.27, а базы и-типа) в ней генерируются пары носителей заряда. Неосновные носители заряда базы (дырки) через коллекторный переход переходят в коллектор и обратный ток перехода увеличивается на ток, образованный дырками базы (часть фототока, аналогичная фототоку диода). Однако в фототранзисторе в отличие от фотодиода




Рис. 17.26


Рис. 17.27

имеется вторая составляющая фототока: уход дырок из базы приводит к образованию в ней нескомпенсированного отрицательного объемного заряда и к снижению потенциального барьера эмиттера, в результате чего увеличивается число дырок, инжектируемых эмиттером в базу, а следовательно, и число дырок, переходящих из базы в коллектор.

Чувствительность фототранзистора, таким образом, значительно выше чувствительности фотодиода. Вольт-амперные характеристики фототранзистора с оборванной базой аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ (рис. 17.28). Основным параметром прибора является световой поток Ф. Частотные характеристики фототранзисторов хуже, чем для фотодиодов, из-за инерционности эмиттерного перехода за счет его емкости. Параметры фототранзисторов существенно зависят от температуры.

Светодиоды - это излучающие полупроводниковые приборы с одним р-и-переходом, преобразующие электрическую энергию в энергию пекогерентпого светового излучения.

В основе принципа действия светодиодов лежит свойство излу-чательной рекомбинации - излучения квантов света при рекомбинации пар электрон - дырка. Рекомбинация наблюдается, если р-и-переход включен в прямом направлении. Рекомбинация будет излучательной не всегда. В ряде случаев вся энергия, приложенная к переходу, передается атомам решетки, т. е. имеет место безызлучательная, или тепловая, рекомбинация. Так, в германиевых переходах электрическая энергия выделяется почти полностью в виде тепловой.

В качестве полупроводниковых материалов светодиодов обычно используют двойные и тройные соединения. Диоды красного, желтого и зеленого свечения изготовляют на основе фосфида галлия, с фиолетовым свечением - на основе карбида кремния и т. д. Конструктивно светодиоды могут быть плоскими и полусффическими. В светодиодах р-и-переходы создают методами вплавления или диффузии.

На рис. 17.29 в качестве примера показана упрощенная конструкция светодиода. Диод, представляющий собой монокристалл и-типа I, в котором создан р-и-переход, помещен в корпус - стеклянную линзу 2, пропускающую излучаемый свет. От областей и- и р-типа сделаны выводы 3 из некорродирующего металла (серебра, золота).

Светодиоды имеют малые габариты и массу, низкое потребление




свет


Рис. 17.28

Рис. 17.29

МОЩНОСТИ, высокую стабильность и большой срок службы. Инерционность свегодиодов мала, она составляет десятимиллионные и стомиллионные доли секунды. Светодиодам можно придавать ргз.пичную форму, а также располахать их на одном кристалле в виде черточек. В этом случае, включая те или иные сегменты, можно получать любую цифру от О до 9. Поэтому они находят широкое применение в световых табло, в счетно-решающих машинах для ввода - вывода цифровой и буквенной информации. Особо важное значение имеет применение свето-диодов в оптоэлектронике.

§ 17.12. Оитоэлектронные , устройства

Оптоэлектроника - это область электроники, охватывающая вопросы теории и практического применения методов преобразования оптических (световых) свгиалов в электрические и наоборот в системах передачи, обработки и хранения информации.

Оптоэлектроника - сравнительно новое перспективное научно-техническое направление. В оптоэлектронных устройствах переработка сигналов осуществляется с помощью приборов, работа которых основана на электронных и фотонных процессах, т. е. элементами оптоэлектронных устройств являются фотоэлектрические приборы, а связь между элементами оптическая. В таких устройствах практически устранена гальваническая связь между входными и выходными цепями и до минимума сведена обратная связь между входом и выходом. Комбинации элементов позволяют создавать оптоэлектронные устройства с различным функциональным назначением.

Простейшим оптоэлектронным устройством является оптрон, который имеет две пары зажимов: входные соединены с фотоизлучающим прибором - светодиодом, выходные - с фотоприемником (например, с фотодиодом). При этом входная и выходная цепи гальванически не связаны между собой. На рис. 17.30 показана принципиальная схема усилителя на оотроне с оптической связью. В выходную цепь включен нагрузочный резистор Яд. с которого снимается усиленный сигнал. Питание осуществляется от источника напряжения U. Напряжение входного электрического сигнала их подается на входные зажимы светодиода 1, под воздействием сигнала светодиод излучает световую энергию,



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


0.0106