Напівпровідникові фотоприймачі
Фотоприймачі призначені для перетворення світлових сигналів в електричні. У напівпровідникових фотоприладах використовується внутрішній фотоефект, який полягає в тому, що при опроміненні електрони напівпровідникового кристала набирають додаткової енергії, що необхідна для вивільнення їх з ковалентних зв’язків. Тому в напівпровідниках з’являються додаткові носії електричного заряду, які збільшують електропровідність. Фоторезистори Фоторезисторами називають напівпровідникові прилади, електричний опір яких змінюється під дією світла. Конструктивно фоторезистор складається з діелектрика 3, на який нанесено світлочутливий шар напівпровідника 1, і зовнішніх електродів 2 (рис. 6.5 а).
а) б) в) Рисунок 6.5 – Будова (а), схема вмикання (б) та статична характеристика (в) фоторезистора Схема вмикання фоторезистора до електричного кола показана на рис. 6.5 б. Увімкнення джерела Е не залежить від полярності, оскільки фоторезистор не має вентильних властивостей. Вихідним матеріалом виготовлення світлочутливого шару фоторезистора є PbS, CdSe або CdS. За відсутності світла (світловий потік ) фоторезистор має великий темновий опір, і при прикладенні зовнішньої напруги через нього протікає малий темновий струм . Під дією світла опір фоторезистора зменшується, і через нього проходить струм = + , (6.1) де - коефіцієнт пропорціональності; - світловий потік; - темновий струм (темновий опір фото резистора – сотні кілоомів). Залежність = ( ) при = відповідно до формули (6.1) показана на рис. 6.5 в. При низьких рівнях освітлення залежність = ( ) можна вважати лінійною: = + , (6.2) де - інтегральна чутливість фоторезистора. Недоліками фоторезисторів є нелінійність характеристики та мала швидкодія (граничні частоти приладу не перевищують 1 кГц). Фоторезистори застосовують як оптоелектронні датчики, а також як фотоприймачі в оптронах. Фотодіоди У фотодіодах кристал НП обернений до скляного вікна, через яке надходить світловий потік. Під дією світла на – перехід фотодіода внаслідок явища внутрішнього фотоефекту в областях біля переходу відбувається додаткова генерація пар “електрон-дірка”. Під дією дифузійного поля – переходу фотодірки переміщуються до області , а фотоелектрони – до області . При цьому створюється фотоЕРС = (0,1 - 1) В, залежність якої від світлового потоку показана на рис. 6.6. Рисунок 6.6 – Залежність фотоЕРС від світлового потоку Під дією цієї фотоЕРС у зовнішньому колі фотодіода протікає фотострум , що збігається за напрямком зі зворотним струмом p-n – переходу (рис. 6.7). Рисунок 6.7 – До пояснення принципу дії фотодіода Оскільки фотострум протікає незалежно від струму, який викликається зовнішнім джерелом напруги, то вираз для повного струму може бути записаний у вигляді , (6.3) де - струм насичення (екстракції) – переходу; - зовнішня напруга; - фотострум. Дія фотоЕРС на – перехід еквівалентна додатковому зворотному зміщенню переходу, наслідком чого є збільшення зворотного струму фотодіода на величину . Сім’я ВАХ фотодіода показана на рис. 6.8. Рисунок 6.8 – Сім’я ВАХ фотодіода Оскільки фотоЕРС і пряма напруга ввімкнені назустріч одна одній, то при їх рівності струм діода дорівнює нулю, що відповідає режимові холостого ходу. ЕРС холостого ходу при можна визначити за формулою (6.3): = . Цю фотоЕРС знаходять також з ВАХ рис. 6.8. Фотодіоди використовують у двох режимах: вентильного фотоелемента (рис. 6.9) та фотодіодному (рис. 6.10). Рисунок 6.9 – Режим вентильного фотоелемента У першому режимі фотодіод використовують як джерело струму, датчик, що генерує ЕРС , у чутливому індикаторі випромінювання або сонячній батареї. ФотоЕРС може досягати 1 В. У цьому режимі робоча точка пересувається вздовж осі на ВАХ рис. 6.8 залежно від інтенсивності світла. У другому режимі (рис. 6.10) фотодіод працює на зворотній гілці ВАХ як фоторезистор, опір якого залежить від світлового потоку. Робоча точка може займати будь-яке положення між осями , залежно від напруги джерела і світлового потоку . Рисунок 6.10 – Фотодіодний режим Фотострум залежить не тільки від потоку , але й від довжини хвилі світлового випромінювання, яке діє на – перехід. Цей факт ілюструє спектральна характеристика рис. 6.11. Рисунок 6.11 – Спектральна характеристика германієвого фотодіода Параметрами фотодіода є: - темновий струм - струм, що проходить через діод при робочій напрузі і відсутності світла; - робоча напруга - напруга на діоді у фотодіодному режимі; - інтегральна чутливість. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|