Лекции

результате при разомкнутой внешней цепи ток через переход с ростом освещенности снова становится равным нулю. Максимально ЭДС E может достигнуть значения 0 , и потенциальный барьер при этом становится равным нулю 0 E 0.

Если внешнюю цепь замкнуть на нагрузочное сопротивление RН (рис. 1.70), то и через фотогенератор, и через нагрузку потечет ток IН , а напряжение на зажимах прибора будет: U UН IНRН . При этом U E , а следовательно, и сохраняется некоторый потенциальный барьер 0 U . Если внешнюю цепь замкнуть накоротко, то разность потенциалов на электродах прибора равна нулю, т.е. U 0, потенциальный барьер сохраняется равным 0 , прямой ток через прибор отсутствует, а ток во вешней цепи максимален и обеспечивается зарядами основных носителей областей р и n, уходящими во внешнюю цепь. Причем ток в нагрузке течет в направлении, противоположном движению основных носителей через р-n-переход.

Для прибора в фотогенераторном режиме рабочими участками вольт-амперных характеристик являются те, что лежат в четвертом квадранте (рис. 1.71).

На рисунке 1.72 представлена эквивалентная схема фотодиода в фотогенераторном режиме в виде параллельного соединения источника тока и обычного диода, а также приведено условнографическое обозначение фотодиода.

коллекторный – в обратном направлении. В базе при освещении вследствие внутреннего фотоэффекта возникают электроннодырочные пары. Дырки диффундируют к коллекторному переходу и под действием его электрического поля переносятся в коллекторную область. Электроны идут к эмиттерному переходу, но его потенциальный барьер не дает возможности всем им перейти в эмиттер, поэтому в базе происходит накопление электронов. Вследствие этого потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается, что приводит к увеличению потока зарядов из эмиттера в базу (дырок). Часть из них рекомбинирует в базе. Коллекторный же ток (именно он и является фототоком) при этом может быть записан как

где I – фототок (за счет размножение носителей в базе); IТ – неуправляемый (темновой ток) ток коллектора в схеме с ОЭ.

По выражению (1.77) строятся вольт-амперные характеристики фототранзистора при разных значениях светового потока

(рис. 1.74).

Ф4 Ф3

Ф2

ФФ1=0

Если в обычном транзисторе рост коллекторного тока происходил за счет тока базы, то здесь приращение IK имеет место за счет увеличения базового фототока. Зависимость тока коллектора от светового потока характеризуется, как и у фотодиодов, интегральной чувствительностью:

или K I .

1.11.ФОТОТИРИСТОРЫ

Фототиристором называют фотогальванический приемник излучения с тремя или более р-n-переходами, в вольт-амперной характеристике которого имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления. При отсутствии светового потока и управляющего тока фототиристор находится в запертом состоянии и через него проходит темновой ток

Под действием света в структуре фототиристора образуются электронно-дырочные пары. Те из них, что находятся в пределах диффузионной длины от p-n-переходов, разделяются электрическим полем и создают первичные фототоки: IФ1, IФ2 и IФ3.Тогда через фототиристор течет фототок

Здесь целесообразно рассмотреть процессы в базах n1 и р2, где накапливаются электроны и дырки соответственно за счет фотоэффекта, которые смещают переходы П1 и П3 дополнительно в прямом направлении и вызывают дополнительные составляющие тока через П2, а именно PIФ1 и nIф3. Кроме того, появляется дополнитель-

ный ток IФ2 за счет роста неосновных носителей в базах n1 и р2.

С ростом светового потока растут значения фототоков и, как следствие, P и п. Основную роль играет размножение носителей в базах.

Результирующий ток через тиристор равен сумме темнового и фототока:

Исходными материалами для светодиодов, удовлетворяющими указанным требованиям, служат: арсенид галлия GaAs, карбид кремния SiС, фосфид галлия и др. Одним из основных параметров светодиодов является длина волны излучаемого света, определяющая цвет свечения. Она зависит от разности энергий уровней, между которыми происходит излучательный переход электронов. В германии и кремнии процесс рекомбинации с излучением света маловероятен. На практике излучательный пер Фотодиоды еход происходит обычно не между уровнями, а между двумя группами тесно расположенных друг к другу энергетических уровней. При этом спектр излучения оказывается размытым.

Светодиоды малоинерционны и могут работать на частотах до 100 МГц. Уже созданы наносекундные излучатели света.

Условно-графическое обозначение светодиода показано на рисунке 1.78.

Рис. 1.78

Область применения светодиодов весьма широка: это цифрознаковые индикаторы и индикаторные панели в установках аварийной сигнализации, в системах ночного видения, связи, кон- трольно-измерительной аппаратуре и т.д.

1.13.ОПТРОНЫ

Коптронам относят устройства, состоящие из фотоприемника

иисточника света, которые могут быть связаны между собой оптически, электрически или обоими видами связи.

В качестве излучателя света может быть использован светодиод, электролюминесцентный порошковый или пленочный излучатель, а также полупроводниковый лазер. В качестве приемника излучения может быть использован фоторезистор, фотодиод, фототранзистор, фототиристор. Между элементами оптронной пары

излучение другой длины волны; невидимое инфракрасное в видимое; рентгеновское в видимое и т.д.

1.14.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

1.14.1.Общая характеристика интегральных микросхем

Микроэлектроника – логическое продолжение развития элементной базы радиоэлектронной аппаратуры: от ламп к полупроводниковым приборам, а от них к интегральным микросхемам, а далее к функциональной электронике.

Интегральные микросхемы (ИМС) – это научно-техническое направление микроэлектроники по созданию высоконадежных и экономичных микроминиатюрных электронных схем и устройств. Основным конструктивно-техническим принципом микроэлектроники является элементная интеграция, т. е. объединение в одном сложном миниатюрном элементе многих простейших элементов (диодов, транзисторов, резисторов и т.д.). Интегральная микросхема – это микроэлектронное изделие, содержащее не менее пяти активных и пассивных элементов, которые изготавливаются в едином технологическом процессе, электрически соединены между собой и заключены в общий корпус. Современные полупроводниковые ИМС достигают плотности упаковки до 105 элем/см3 и 106 интеграции. По конструктивно-технологическому признаку ИМС делятся на полупроводниковые (монолитные), гибридные и совмещенные.

1.14.2. Полупроводниковые интегральные микросхемы

К полупроводниковым ИМС относятся такие, все элементы которых изготавливают в общей полупроводниковой подложке (кристалле кремния), отдельные области которой играют роль того или иного элемента. В качестве активных элементов используются биполярные или МДП-транзисторы. Причем биполярные транзисторы в основном n-р-n-типа. Диоды тоже чаще используются в виде транзисторов в диодном включении. Конденсаторы строятся на основе р-n-переходов в обратном включении, а резисторы – участки