Фотоэлектрические и излучающие в видимом, ик и уф диапазоне полупроводниковые приборы. Полупроводниковые лазеры. Оптоэлектронные пары. Их применение. Системы динамической индикации

Фоторезистор

Ф оторезистором называется полупроводниковый прибор, не имеющий p-n-перехода, сопротивление которого зависит от освещенности. Фоторезистор ведет себя как омическое сопротивление, т.е. его сопротивление не зависит ни от величины приложенного напряжения, ни то его знака.

Р абота фоторезисторов основана на явлении изменения сопротивления вещества под воздействием внешнего светового излучения. Конструктивно фоторезистор представляет собой пластину полупроводника, на поверхности которой нанесены электроды. Структура фоторезистора и условное обозначение показаны на рисунке, где 1 -диэлектрическая пластина; 2 - полупроводник; 3 - контакты фоторезистора.

Вольтамперная характеристика - зависимость тока I через фоторезистор от напряжения U, приложенного к его выводам, при различных значениях светового потока Ф, либо освещенности Е. Ток при Ф=0 называется темновым током I_т, при Ф>0 общим током I_общ. Их разность равна фототоку I_ф=I_общ-I_т.

Энергетическая характеристика - это зависимость фототока от светового потока, либо освещенности при U=const. В области малых Ф она линейна, а при увеличении светового потока рост фототока замедляется из-за возрастания вероятности рекомбинации носителей заряда. Фоторезисторы характеризуются удельной чувствительностью световой поток.

Температурный коэффициент фототока изменение температуры.

Максимально допустимое рабочее напряжение фоторезисторов до 600В.

Достоинства: высокая интегральная чувствительность.

Недостатки: невысокое быстродействие.

Применяется: в турникетах метро, автоматах уличного освещения, системах автоматической регулировки.

В фотоэлектронном умножителе используется усиление тока фотокатода за счет ударной ионизации электронов при их пролете от одного диода к другому. Ионизация достигается за счет разгона электронов электрическим полем между диодами.

Фотодиодом называется фотоэлектрический прибор, имеющий один р-n-переход. В основе его работы лежит явление возрастания обратного тока р-n-перехода при его освещении, т.е. световой поток управляет обратным током фотодиода.

Фотодиоды имеют структуру обычного р-n-перехода (см. рис.), где а) - условное обозначение фотодиода, б) - структура фотодиода. Вследствие оптического возбуждения в р и n областях возникает неравновесная концентрация носителей заряда.

Н а границе перехода неосновные носители заряда под влиянием электрического поля, перебрасываются через переход в область, где они являются основными носителями. Электрический ток, созданный ими есть полный фототок. Если р-n-переход разомкнут, то перенос носителей заряда, генерируемых светом, приводит к накоплению отрицательного в n-области и положительного в р-области зарядов. Новое равновесное состояние соответствует меньшей высоте потенциального барьера, равной (U_к-Е_ф). ЭДС Е_ф, возникающую при этих процессах, на значение которой снижается потенциальный барьер Uк в р-n-переходе, называют фотоэлектродвижущей силой (фото-ЭДС) В данной ситуации фотодиод работает в режиме фотогенератора, преобразуя световую энергию в электрическую.

Фотодиод может работать совместно с внешним источником (рис. в). При освещении фотодиода поток неосновных носителей заряда через р-n-переход возрастает. Увеличивается ток во внешней цепи, определяемый напряжением источника и световым потоком. Значение фототока можно найти из выражения I_ф=S_интФ, где S_инт - интегральная чувствительность.

Фотодиод может включаться двумя способами:

• вентильный (гальванический) режим

• фотодиодный режим

Вольтамперные характеристики освещенного p-n-перехода показаны на рисунке.

Энергетические характеристики, которые связывают фототок со световым потоком, являются одними из основных характеристик фотодиода. Причем фотодиод может быть включен без внешнего источника ЭДС (генераторный режим), так и с внешним источником (см. рис.) а) - генераторный режим; б) - при работе с внешним источником).

Достоинства: большое быстродействие.

Недостатки: невысокая фоточувствительность.

Фототранзистор – транзистор, у которого переход коллектор-база представляет собой фотодиод. На эмиттерный переход подается прямое напряжение, на коллекторный – обратное.

Резистор позволяет уменьшать фоточувствительность.

Достоинства: обладает более высокой чувствительностью, чем фотодиод.

Недостатки: повышенная температурная нестабильность.

О сновные параметры:

1. Рабочее напряжение ;

2. Темновой ток до сотен мкА;

3. Рабочий ток до десятков мА;

4. Максимально допустимая мощность рассеяния до десятков мВт;

5. Граничная частота в зависимости от технологии изготовления от единиц кГц до единиц МГц.

Ф ототиристоры имеют четырехслойную структуру (см. рис, а) и управляются световым потоком, подобно тому, как триодные тиристоры управляются током, подаваемым в цепь управляющего электрода.

При действии света на область базы р₁ в этой области генерируются электроны и дырки.

Электроны, попадая в область перехода П2, находящегося под обратным напряжением, уменьшают его сопротивление. В результате происходит увеличение инжекции носителей из переходов П1 и П3. Ток через структуру прибора лавинообразно нарастает, т.е. тиристор отпирается. Чем больше световой поток, действующий на тиристор, тем при меньшем напряжении включается тиристор (см. рис, б).

Достоинства тиристоров: малое потребление мощности во включенном состоянии, малые габариты, отсутствие искрения, малое время включения. Фототиристоры могут успешно применяться в различных автоматических устройствах в качестве бесконтактных ключей для включения значительных напряжений и мощностей.