5. Фототранзистори, фототиристори

Фототранзистор можна розглядати як комбінацію фотодіода в області бази із транзистором. Отже, характеристики фототранзи- стора аналогічні характеристикам фотодіодів, масштаб по осі стру­мів яких збільшений.

Фототранзистор має емітерний і колекторний p-n-переходи. Останній зміщений у запірному напрямку. Світло, поглинаючись в області бази, генерує електронно-діркові пари. При цьому не­основні носії витягаються з області бази в емітерну й колекторну області, що змінює їхній потенціал стосовно бази. Оскільки емі­терний перехід зміщений у прямому напрямку, будь-яка зміна йо­го потенціалу викликає відносно великі зміни струму колектора. Отже, режим фототранзистора приводиться до режима звичайного транзистора, і тоді

де i_ф — складова фотоструму колекторного ланцюга фототранзи­стора; — коефіцієнт передачі по струму; — струм фото­діода, що входить до структури фототранзистора.

Коефіцієнт підсилення по фотоструму знайдеться як відно­шення

. (3.7)

Рис. 3.6. Конструкція та позначення фототранзистора

Оскільки а дорівнює 0,99... 0,997, величина становить 100... 300.

Найчастіше фототранзистор — це структура типу п-р-п. Її від­мінною рисою є наявність фотоприйомного вікна, крізь яке світло, пройшовши тонкий емітерний шар, потрапить до бази (рис. 3.6).

При включенні за схемою із загальним емітером посилення базового фотоструму дає на виході i_ФК = β_Ф і_ФБ . Якщо вважати, що для еквівалентного фотодіода база-емітер справедливо і_ФБ = S_звР_випр , то для фототранзистора i_ФК = β_ф S_зв Р_випр . Значення

S_зв зазвичай у декілька разів менше, ніж у подібного, але оптимально сконструйовано­го фотодіода, однак велике внутрішнє посилення (типово (Зф близько 100...300) пере­криває ці втрати, у результаті чутливість фототранзистора значно більша, ніж у фото­діода.

Ще більше посилення (β_ф = 10³... 10⁴) може бути отримане в складеному фототранзисторі. Крім високої чутливості, фототранзистори характеризуються схемотехнічною зручністю й гнучкістю, повного електричною й технологічною сумісністю з ІМС. Однак з підвищенням фоточутливості погіршується швид­кодія фотоприладів, що викликана збільшенням товщини базової області й часу життя нерівновагих носіїв заряду.

Виходом із цього протиріччя є роздільне виготовлення фото­діода й транзистора в єдиному технологічному циклі й на одному кристалі. При цьому можна одержати малоінерційний фотодіод і високоякісний транзистор. Ще перспективніші інтегральні фото­приймачі, де транзистор заміняється цілою схемою: операційним підсилювачем, вентилем, граничною схемою тощо.

Крім фототранзистора, як фотоприймачі можуть бути викорис­тані польові фототранзистори. Вони відрізняються високою фото-

чутливістю (від десятків до сотень амперів на люмен), широкою смугою пропускання (10⁶ ... 10⁷ Гц), значною потужністю розсію­вання (порядку сотень міліват), можливістю роботи при більших рівнях сигналів.

Рис. 3.7. Конструкція та позначення фототиристора

У канальних фототранзисторах затвор відділений від каналу р-n-переходом. Перехід затвор — канал можна розглядати як фото­діод, фотострум якого приводить до модуляції потенціалу затвора, а отже, до модуляції струму стоку.

Фототиристори (рис. 3.7) мають ключову граничну характери­стику. Засвічення базової області й генерація надлишкових носіїв заряду можуть привести до перемикання чотиришарової структу­ри із замкненого стану у відкритий. При цьому світлова потуж­ність повинна перевищувати поріг відмикання Р_відм .

Основна перевага фототи- ристорів — здатність кому­тації значних струмів і на­пруг, що особливо важливо для безконтактного керуван­ня пристроями великої по­тужності. При малих рівнях сигналів фототиристори ма­ють вбудовану пам’ять: при­лад залишається включеним після припинення світлового впливу.