Гетерофотодиод
Гетерофотодиод показан на рис.5.16. В нем используют многослойные структуры из различных полупроводниковых материалов.
Рис.
5.16.
Гетерофотодиод
Биполярные фототранзисторы, фототиристоры
Б
иполярные
фототранзисторы, фототиристоры приведены
на рис. 5.17. Возникающий при освещении
фотодиода фототок в них усиливается за
счет использования структур, содержащих
несколько p-n
– переходов. Такие структуры широко
применяются в качестве элементов
различных оптоволоконных устройств.
Ф
ототранзистор
(рис.
5.18) представляет собой структуру из
чередующихся слоев р-п-р
и
п-р-п.
Внешнее напряжение (минус на эмиттере) включает эмиттерный p-n-переход в прямом направлении, а коллекторный переход - в обратном. В отсутствие освещения практически все внешнее напряжение падает на коллекторном переходе. Освещение средней части (базы) ведется через тонкий слой эмиттера. Возникающие в базе и в обоих переходах фотоэлектроны попадают в области эмиттера и коллектора, а дырки собираются в средней р-области. В результате к левому p-n-переходу оказывается приложенным дополнительное напряжение в прямом направлении и возникает инжекция темновых электронов через сниженный барьер в базу и далее - в коллекторный переход. При этом первоначальный ток фотоносителей может быть усилен примерно в 100 раз. Соответственно чувствительность фототранзистора значительно выше чувствительности обычного фотодиода. С другой стороны, процесс диффузии носителей заряда увеличивает инерционность прибора, и постоянная времени фототранзисторов τ=10-5...10-6 с.
Интегральная чувствительность германиевого фототранзистора (ФТ-1) равна 0,2...0,5 А/лм, рабочее напряжение 3 В, темновой ток 300 мкА.
Фототиристор имеет чередующиеся области р-, п-, р-, п-типов и соответственно три p-n-перехода, из которых средний называют коллекторным, а два крайних - эмиттерными. Структура включается так, чтобы коллекторный переход был смещен в обратном направлении, а оба эмиттерных - в прямом (плюс источника - на внешней р-области структуры, а минус - на п-области).
Если напряжение на всем тиристоре повысить до uп, при котором эмиттерные переходы заметно уменьшатся (или при u<uп, но с помощью управляющего электрода от одной из баз эмиттерный переход включается в прямом направлении), то через тиристор начинает проходить значительный ток, который приводит к накоплению в р-базе положительного заряда, а в п-базе отрицательного. Это снижает высоту боковых р-п-переходов и вызывает новый резкий рост тока. При этом общее падение напряжения на тиристоре снижается, так как токи сами теперь поддерживают нужную степень накопления зарядов. Таким образом, тиристор может находиться в двух состояниях, соответствующих большим или малым токам, т. е. тиристор; может работать как ключ в электрической цепи.
У фототиристора накопление положительного и отрицательного зарядов, необходимых для перевода его во включенное состояние производится при облучении светом из области собственного поглощения материала. Поле среднего перехода направляет фотодырки в р-базу, а электроны в п-базу, что снижает высоту обоих эмиттерных барьеров и создает сильные темновые токи через тиристор. Таким образом, свет играет роль управляющего электрического сигнала у тиристора с третьим выводом (от базы) и позволяет бесконтактным способом управлять токами в различных электрических цепях.