Міністерство освіти і науки України

ЛНУ імені Івана Франка

Лекції з курсу

Оптоелектроніка

Студент групи ФЕМ-42

Третяк М.Я.

Викладач:

доц. Фургала Ю.М.

Львів - 2013

Оптоелектроніка

16.09.13 лекція.

Фотодіодний режим використовується для роботи у система реєстрації сигналів при цьому вибором зворотної робочої напруги можна досягнути вищої швидкодії фотоприймача.

Види фотодіодів:

1. p-n володіє простою конструкцією і малою чутливість і швидкодія. Для покращення

Рис1.

Розміщення нелегованої області.

1. У п/н фотодіоді між р та n областями розміщена область не легованої напівпровідника який очевидно має значно більший опір п та н області і фактично слугує ізолятором . За рахунок введення області з високим опором зріс об’єм фоточутливої області і відносно збільшилась фото чутливість приймача а також за рахунок високо омної області зросла напруга пробою такого діода, що дало можливість збільшувати напругу і швидкодію такого діода.

2. Лавинний фотодіод. У лавинному фотодіоді між p та n областями знаходиться сильно легований напівпровідник . За рахунок цього в області сильного легування створюється настільки висока. Ті електрони що виникли у р області прискорюються настільки що здатні вибити інші електрони підчас свого руху. Ті в свою чергу також прискорюються що призводить до лавиноподібного зростання струму. Ці діоди володіють найбільш питомою чутливістю проте вузьким динамічним діапазоном. Швидкодіє є дещо менша ніж p і n.

3.Діод з бар’єром Шоткі це п/н перехід що створений переходом напівпровідника і металу. В зоні метал напівпровідник утвориться перехідна область. Відбувається загин зон напівпровідника і зменшення енергетичного бар’єру який необхідно здолати електрону для переходу у вільний стан. Таким чином утворюється система що здатна поглинати фотони з малою енергією. Спектр чутливості тоді збільшується. Мають найширший спектральний діапазон. І малу чутливість.

4. Фото-транзистор це-біполярний транзистор область бази якого до дії зовнішнього випромінювання. зміна величини фотопровідності за своїм впливом подібна до зміни струму бази фото-транзистора. Фото-транзистори володіють значно більшою чутливістю ніж світло-діоди і служать для реєстрації малих сигналів .

5. Фото-тиристори - це не симетричні або симетричні тиристори область керуючого електрода відкрита до дії зовнішнього світла. При цьому зміна освітленості подібна за своєю дією до зміни напруги на керуючому електроді. Володіють не високою чутливістю та швидкодією пороте здатні перемикати великі струми. Фактично світлова характеристика має мал.

Параметри фотоприймачів монохромачитна чутливість - це відношення величини зміни вихідного параметра до величини зміни світлового потоку. Для резистора

для фотодіода (ф1)

для транзистора (ф2)

для тиристора (ф3)

2.Час наростання та затухання фотоструму це гранично допустима величина модуляції.

23.09.13 Лекція

С онячні батареї - це напівпровідникові фотодіоди р-n, які працюють в фотогальванічному режимі і володіють великою фото-чутливою поверхнею. Максимум випромінювання видимого світла є 555нм.

Рис1. Залежність величини поглинання від довжини хвилі.

Ширина забороненої зони для напівпровідника необхідно мати напівпровідник

(ф1)

коефіцієнт корисної дії доходить до 25%.

(ф2)

Сонячні батареї роблять з кремнію. З огляду на це вдалися до досліджень, якщо наситити кремній гідрогеном то ширина забороненої зони буде 1,6еВ. Що є ідеальним для сонячних батарей.

Для кремнію величина напруги холостого ходу складає 0,09. Коефіцієнт корисної дії сонячних батарей з кремнію становить16%. Для вирішення локальних задач вирішення енергозабезпечення, використовують тонкі плівки арсеніду галію.

Оцінюючи коефіцієнт перетворення енергії в загальному вигляді біологічного циклу коефіцієнт становить одна тисячна. А проста 1/5.

Оптрони. (оптопари)

Це оптоелектронні пристрої які конструктивно поєднюють в собі випромінювач та приймач цього випромінювання. Основних вимог є дві це - спектральна узгодженість випромінювача та приймача,

Рис 2.

тобто максимум спектру смуги випромінювання повинен співпадати з максимумом відповідної смуги поглинання приймача, а півширина смуги чутливості фотоприймача повинна бути дещо більша півширини смуги випромінювача. Друга вимога, це високий опір ізоляції між приймачем та випромінювачем. Є два типи оптронів замкнені і розімкнені. У замкнутих оптопарах приймач та випромінювач скомпоновані на спільній підкладці.

Рис 3. Типова схема замкнутого оптрона

Підкладка - це монокристал Сапфір, Сетон. Наноситься два діода один випромінює один поглинає. У відкритому оптичне випромінювання виходить поза компаунд, в якому сформовані випромінювач і приймач.

Рис 4.Схема відкритого оптрона

Такі оптрони використовують, як датчики для інших систем. На базі такої системи є багато сейсмічних пристроїв. Вдається фіксувати дуже малі зміщення.

Рис 5. Сейсмічний пристрій

Рис 6. Електричні позначення

Інколи зустрічаються зборки.

Багатоелементні фотоприймачі

До даного типу пристроїв відносяться фотоприймачі образів, які здатні створити електричний сигнал який відповідає двовимірному розподілу інтенсивності випромінювання. До них відносяться фото-чутливі прилади з зарядовим зв’язком ФПЗЗ (PhCCD)

Другий прилад це сканістори треті це кремнікони.

Фото-чутливі прилади з зарядовим зв’язком це є багато електродні МДН структури у яких частина електродів відкрита для прийому зовнішнього випромінювання, а інша частина забезпечує перенесення зарядів накопичених у фото-частині та вимірювання їх величини.

Рис 7. МДН

Коли на таку структуру попадає світло електрон поглинувши енергію відірветься і утвориться електрон і дірка.

Рис 8.

Будь-яка поява додаткового електрона утворить рекомбінацію. Для цього подаються додатній потенціал. Область дії поля, яка створена фотодіодом є потенціальною ямою.

Рис 9.

Кількість заряду накопичена в окремій комірці пропорційна до густини потоку оптичного випромінювання.

(ф3)

Для того щоб ліквідувати ці факти, встановлюються ще електроди

Рис 10.

передача електронів від електрода до електрода за виконання умови зарядового зв’язку тобто відстань між електродами має бути меша від довжини вільного пробігу, а час обернений до величини рекомбінації.

Рис 11. Часова діаграма.

Накопичення заряду-передача на транспортний регістр. Встановлюється еталонний діод-вимірювальною ємністю є вихідна. Здійснення перенесення від першого електрода виноситься заряд. На транспортному регістрі має вигляд.

Рис 12.

Якщо світла є забагато і електрони не поміщаються у потенціальні ямі? Потрібно з кожним фото-затвором ставлять антиблюмінг, потенціал повинен бути менший. І у випадку коли є лишні електрони вони попадатимуть на антиблюмінг і йдуть на стік антиблюмінга. Є вихідною інформацією для часу накопичення у великій кількості заряду на антиблюмінгу час накопичення потрібно зменшити. Це ми спостерігаємо переведенням камери із темної області в світлу. Такий режим роботи пристрою називається режим накопичення.