2. 2. 4. Фототранзисторы.
Значительно выше по сравнению с фотодиодами интегральная чувствительность у фототранзисторов. Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, в корпусе которого сделано прозрачное «окно», через которое световой поток может воздействовать на область базы. Схема включения биполярного фототранзистора типа p-n-p со свободной (никуда не подключенной) базой приведена на рис. 3. Как обычно на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное.
Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей зарядов, которые диффундируют к коллекторному переходу. На коллекторном переходе происходит их разделение, так же как и в фотодиоде. Дырки под воздействием поля коллекторного перехода идут из базы в коллектор и увеличивают ток коллектора. Электроны остаются в базе и повышают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию дырок в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток коллектора. В транзисторе n-p-n типа все происходит аналогично.
2. 2. 5. Фототиристоры.
Тиристорные четырехслойные структуры могут управляться световым потоком подобно тому, как триодные тиристоры управляются напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов. Чем больше световой поток, действующий на фототиристор, тем при меньшем напряжении он включается. После включения на фототиристоре, как и на обычном тиристоре, устанавливается небольшое напряжение и почти все напряжение источника падает на нагрузке. Иногда у фототиристора бывает сделан вывод от одной из базовых областей. Если через этот вывод подавать на соответствующий эмиттерный переход прямое напряжение, можно понижать напряжение включения. Само включение по-прежнему будет осуществляться действием светового потока.
Фототиристоры применяются в устройствах автоматики в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей. Важное достоинство тиристоров – малое потребление мощности во включенном состоянии, малые габариты, отсутствие искрения и малое время включения (доли секунды).
2. 3. Светоизлучающие диоды.
В качестве малоинерционных полупроводниковых источников излучения применяются светоизлучающие диоды (светодиоды), работающие при прямом напряжении. Иногда их называют инжекционными светодиодами. Свечение, возникающее в светодиодах, относят к явлению, так называемой, инжекционной светолюминисценции.
Принцип действия светодиодов заключается в следующем. При прямом напряжении в полупроводниковом диоде происходит инжекция носителей заряда из эмиттерной области в область базы. Например, если концентрация электронов в n области больше, чем концентрация дырок в р области, происходит инжекция электронов из n области в р область. Инжектированные электроны рекомбинируют с основными носителями базовой области, с дырками р области. Рекомбинирующие электроны переходят с более высоких энергетических уровней зоны проводимости, близких к ее границе, на более низкие уровни, расположенные вблизи верхней границы валентной зоны. При этом выделяется фотон, энергия которого равна величине запрещенной зоны ΔW, рис. 4.
В современных светодиодах применяют главным образом фоксид галлия и карбид кремния, а также некоторые тройные соединения, называемые твердыми растворами и состоящие из галлия, алюминия и мышьяка, или галлия, аллюминия и фосфора. Внесение в полупроводник некоторых примесей позволяет получать свечение различного цвета.
Помимо светодиодов, дающих видимое свечение, выпускаются светодиоды инфракрасного излучения, изготавливаемые преимущественно из арсенида галлия. Они применяются в фотореле, различных датчиках и входят в состав некоторых оптронов.
Существуют светодиоды переменного цвета свечения, один из которых имеет максимум спектральной характеристики в красной части спектра, а другой – в зеленой. Цвет свечения здесь зависит от соотношения токов через переходы. Некоторые параметры светодиодов зависят от температуры. Например, яркость и сила света с повышением температуры падают.