"Фотоприемники фотосопротивления, фотодиоды, фототранзисторы"

• Название: "Фотоприемники фотосопротивления, фотодиоды, фототранзисторы"
• Дата: 29.12.2021
• Размер: 268.5 Kb.
• Имя файла: 174919.ppt
• Тип: Документы; #321974

“Фотоприемники: фотосопротивления, фотодиоды, фототранзисторы”

Зелемоткин А.В.


Фотоприемники
– это полупроводниковые приборы, регистрирующие оптическое излучение и преобразующие оптический сигнал на входе в электрический сигнал на выходе фотодетектора.

Статистические параметры фотоприемников:

Если на выходе фотоприемника изменяется ток, то фотоприемник характеризуется токовой чувствительностью Si. Токовая чувствительность – величина, характеризующая изменение тока, снимаемого с фотоприемника при единичном изменении мощности падающего оптического излучения:


Если регистрируемый сигнал на выходе фотоприемника - напряжение, то вводят понятие вольтовая чувствительность – как величина, показывающая, на сколько изменится напряжение на выходе фотоприемника, при единичном изменении мощности падающего лучистого потока:

К фотоприемникам относятся:

Фотодиоды
Фоторезисторы
Фототранзисторы
P-I-N Фотодиоды

Процессы лежащие в основе действия фотоприемников:

Генерация носителей под действием внешнего излучения.
Перенос носителей и умножение за счет того или иного механизма, характерного для данного прибора.
Взаимодействие тока с внешней цепью, обеспечивающее получение выходного сигнала.

Фотодетекторы должны обладать

высокой чувствительностью и быстродействием низким уровнем шумов иметь малые размеры низкие управляющие напряжения и токи.

Фотодиоды

Принцип действия:
под действием оптического излучения образуется электронно-дырочная пара и в области пространственного заряда p-n перехода резко возрастает обратный ток фотодиода.
Схема фотодиода:

Рассмотрим фотодиод на основе р-п перехода

ВАХ фотодиода

Iтемн=Io (eßVg - 1)
Io = q*Lp*Pno /tp + q*Ln*Npo/tn


При освещении фотодиода происходит генерация электронно-дырочных пар. Во всем проводнике изменяется концентрация неосновных носителей, следовательно возрастает дрейфовая компонента тока, а диффузионная не меняется.


∆N,∆P>>Pno,Npo


∆N,∆P<

IФ = q*Lp*∆P /tp + q*Ln*∆N/tn = I∆PE +I∆NE

Полный ток в фотодиоде

I = IФ + Iтемн


Фототок от напряжения не зависит.
Область поглощения светового потока должна принадлежать промежутку (-Lp,n;Lp,n)
ВАХ сдвигаются эквидистантно.

Расчет полного тока

In - обусловлена равновесными и избыточными электронами в р-области Iг - обусловлена термо- и фотогенерацией электронно-дырочных пар в области пространственного заряда p-n перехода Iр - обусловлена дырками в n-области Iт - плотность темнового тока Iф - добавка за счет действия оптического излучения
Вклад в In и Ip дают те носители, которые не рекомбинируют с основными носителями и достигают за счет диффузии p-n перехода.

Фоторезистор

Фоторезистор - это пластина полупроводника, на противоположных концах которого расположены омические контакты.
Схема фоторезистора:

Поток внутри полупроводника:

Фо - падающий поток
R - коэффициент отражения
a - коэффициент поглощения
Sф - площадь

Работа фоторезистора характеризуется:

1. Квантовой эффективностью (усиление)
Поскольку концентрация изменяется по закону:
где T -время релаксации, то коэффициент усиления по току выражается:


2. Время фотоответа: зависит от времени пролета. Обычно у фоторезистора время ответа больше, чем у фотодиода, поскольку между контактами большое расстояние и слабое электрическое поле.
  3. Обнаружительная способность.

P-I-N Фотодиод

P-I-N Фотодиод построен на обычном p-i-n диоде. Эти приборы являются наиболее распространенными, так как толщину обедненной области можно сделать такой, что обеспечивается оптимальная квантовая эффективность и быстродействие.

Фототранзистор

Фототранзистор дейсвует также как и остальные фотодетекторы, однако транзисторный эффект обеспечивает усиление фототока. По сравнению с фотодиодом фототранзистор более сложен в изготовлении и уступает ему в быстродействии (из-за большей площади).

Устройство и эквивалентная схема:

Переход база - коллектор играет роль чувствительного элемента. На рисунке он показан в виде диода с параллельно включенной емкостью, имеет большую площадь


Фототранзистор особенно эффективен, так как обеспечивает высокий коэффициент преобразования по току(50% и более). В режиме работы с плавающей базой фотоносители дают вклад в ток коллектора в виде фототока Iph. Кроме того, дырки фотогенерируемые в базе, приходящие в базу из коллектора, уменьшают разность потенциалов между собой и эмиттером, что приводит к инжекции электронов через базу в коллектор.
Общий ток: