Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Полупроводникобычно наносится на стеклянную подложкустранены фоторезисторы на основеCdSи3. Наиболее распроCdSe, работающие вдлинноволновой части видимой области спектра. Фоторезисторы,изготовленные на основеPbS и PbSe, имеют наибольшую чувст- 3 ... 5 мм). В ИК диапазоне работают также фоторезисторы на основе Ge, Si, GaAs, InSb и т. д.вительность в ИК диапазоне (Л.Падающее на поверхность фоторезистора излучение генерирует в нем свободные носители за счет собственного или примесного поглощений (см. п.16.2).В отсутствие светового потокапроводимость фоторезистора называется темновой и описывается формулой (см. п.1.3) а= q(µnn+ µрР).Под действием оптического излучения за счет роста числа неравновесных свободныхносителей происходит увеличение проводимости (и, следовательно, тока):сrФ= q[µn(nгде Лп, Лр+ Лп) + µР(р + Лр)] =а+ Лсr,-соответственно концентрации неравновесныхэлектронов и дырок, Лсr-фотопроводимость.Дляполупроводникасэлектроннойпроводимостью (в случае примесной (донорной) фотопроводимости или при условии, что дырки сразу же после рекомбинации захватываются центрами рекомбина-1* *·# fUUf # # # #f'f f'f f'ff'ff'f fff'f f'f f'f ff f'f f'f f'f f'fLРис.16.12)3ции фототок I Ф имеет толь~о электроннуюсоставляющуюиопределяетсясоотноше-ни ем(16.1)ГлаваЗдесь пФ= Л'п-16.Оптоэлектронные приборы467концентрация фотоэлектронов, vдР= L/tпp -их скорость дрейфа, определяемая временем пролета tпр расстоянияLмежду контактами фоторезистора,S -площадь поперечного сечения светочувствительного слоя (перпендикулярного направлению вектора плотности тока),лупроводника (см.
рис.V = LS -объем по16.12).В стационарных условиях облучения и протекания постоянного фототока скорость генерации носителей в единице объемаGген= N ~/V равна скорости их рекомбинации Gрек =пФ/t:(16.2)где время жизни 't является количественной характеристикойинтенсивности рекомбинации, аN~ -полное число фотонов,падающих на светочувствительную поверхность (площадью А)в единицу времени.(Предполагается,что толщина приборабольше глубины проникновения света.)Очень важный параметр фоторезисторов-коэффициент внутреннего усиления фототока Кш определяемый отношением числа фотоносителей, проходящих через прибор в единицу времени (фототок JФ), к полному числу квантов оптического излучения,падающих на светочувствительную площадку в единицувремени (исходный ток /Фи), т.
е.(16.З)Выражение для фототокаI Фи= qпФV /'t получается умножени(16.2) на заряд носителя q.После подстановки в формулу (16.3) этого выражения и соотношения (16.1) для фототока IФ получим выражение для коэфем формулыфициента внутреннего усиления в видеKR = 't/tпp'(16.4)где (tпр)- 1 =v 06 p/L, tпр - время пролета носителей между контактами фоторезистора (см. рис. 16.12).·Подчеркнем еще раз, что формула(16.4) получена для полупроводника с электронной проводимостью.
Кроме того, считается, чтогенерация свободных носителей происходит только за счет облучения, т. е. не учитывается термогенерация носителей. В приборах сбольшим временем жизни носителей 't и малым расстояниемLмежду контактами коэффицие11т усиления может быть значительным, особенно в высокоомных полупроводниках (Кя ~ 106 ••• 108 ).468Раздел4.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИВ полупроводниках, обладающих повышенной фотопроводимостью, КR имеет меньшие значения из-за падения подвижностии насыщения дрейфовой скорости (см. п.1.3).Постоянная времени релаксации •рел фотопроводимости послепрекращения оптического возбуждения пропорциональна времени жизни электронов't.Время же фотоответа (фотоотклика) определяется временем пролета свободных носителей между контактами прибора, т. е.
величиной tпр· Поскольку для фоторезисторов характерны большие расстояния между контактами ислабые электрические поля, их время фотоответа обычно больше,чем у фотодиодов. Помимо коэффициента внутреннего усиленияи постоянной времени релаксации, к основным параметрам фоторезистора (как и большинства фотоприемников) относятся:монохроматическая чувствительность SФ(Л,), которая определяется отношением фототока I Ф к полной мощности монохроматиче·ского излучения Ризл с длиной волны А, падающей на чувствительную площадку фоторезистора, т. е.(16.5)интегральная чувствительностьSФ. инт = f SФЛ dЛ, А/Вт,где sф~-(16.6)спектральная плотность чувствительности (измеряемая в А/(Вт ·мкм), если длина волны Л выражена в мкм);время нарастания (спада) tнр(сп) фототока, которое обычно определяется между уровнями 0,1и0,9 амплитуды импульса фототока при воздействии на фоторезистор идеально прямоугольного импульса излучения;при экспоненциальном нарастании испаде фототока время нарастания (спада) связано со временемрелаксации соотношением tнр(сп)=2,2't~ел;граничная частота fгр• которая определяется частотой модуляцииоптическогоизлучения,соответствующейуменьшениючувствительности до уровня О, 707 от чувствительности для немодулированного излучения;обнаружительная способность (см.D* =[20])SФ(А) jAЛf /i~,(16.7)где D* измеряется в СМ.
вт- 1 • Гц 1 1 2 ; ~значение шумового тока (см. гл.22);-среднеквадратическоеЛf- рабочая полоса частотГлава16.Оптоэлектронные приборыфотоприемного устройства. Величина469D* позволяет сравниватьпредельные возможности различных по устройству и условиямприменения фотоприемников. Обнаружительная способность равна величине, обратной пороговой мощности фотоприемника, т. е.той мощности, которая еще различима на фоне шума для светочувствительной площадки вчастот1 см 2и работе устройства в полосе1 Гц.Специфическими параметрами фоторезисторов .являются сопротивления в темновом Rт, и засвеченном Rсв состояниях, ихотношение Rт/ Rсв и постоянна.я времени релаксации 'tрел фотопроводимости.Для CdS~ и СdSе-фоторезисторов типичные значения пара -метров: Rт/Rсв= 10 5 ••• 106 , Rсв = 102 ••• 108 Ом, Rт = 107 ...
10 1 4 Ом.Инерционность переключения характеризуется временами около100 мс.В миниатюрных планарных арсенид-галлиевых фоторе10- 12 с. Однако такое быстрозисторах удалось достигнуть 'tрел -действие реализуется лишь при возбуждении мощными лазерны-'ми импульсами; при малоинтенсивной засветке 'tрел На рис.16.13представлены зависимости одного из важнейших параметров фотоприемниковности-10-9 с.-обнаружительной способот длины волны. Отметим, что для приема излучения вИК диапазоне с Л> 2 мкм фоторезисторы охлаждаются до темпе77 К и паров жидкого гелия 4,2 К.
При таратуры жидкого азотаких температурах уменьшаются тепловые эффекты, вызывающиетермическуюионизациюиопустошениеэнергетическихуровней, увеличиваются усиление и эффективность приема излучения. Фоторезисторы наCdS обладают наибольшей чувстви16.13) на длинах волн Л - 0,5 мкм; в диапаиспользуются фоторезисторы на основе HgCdTe.тельностью (см.
рис.зоне Л- 10 мкмДля приема излучения в диапазоне длин волн Л- 100 .. .400 мкмD*, см· Гц 1 12 • вт- 1эффективно работают GаАs-при1боры-CdSособенно при приеме сигналов большой интенсивности.1012Фоторезисторы широко исполь-1011зуютсяИКнахдляобластиволндетектированияспектрабольшепривдлинескольких101010 9микрометров. Для приема слабых сигналов на более короткихволнах в качестве высокочастот-0,512Рис.516.1310')..,мкмРаздел4704.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИных оптических демодуляторов использование фоторезисторовограничено.
В этих случаях целесообразно применение фотодиодов.16.4.2. Фотодиоды.В семейство фотодиодов входят приборы с р-п-переходом,р-i-п-диоды, лавинные диоды, диоды с контактом металлполупроводник и с гетеропереходом. Лучшими фотоприемникамиявляются кремниевые диоды с р-i-п-структурой и лавинные.Структура любого фотодиода содержит монокристалл полупроводника, имеющего один или несколько электрических переходов, где присутствует обедненная область с сильным электрическим полем, в которой осуществляется разделение электронно-дырочных пар, рожденных оптическим излучением.Конструкция диодов выполняется таким образом, чтобы ихактивная область была способна эффективно воспринимать оптическое излучение. Для этого в корпусе диода имеется прозрачное окно, за которым помещается светочувствительная область полупроводникового кристалла.Фотодиоды обычно включаются в обратном направлении, приэтом напряжение смещения не настолько велико, чтобы вызватьлавинный пробой.
Исключение составляют лавинные фотодиоды, в которых внутреннее усиление реализуется именно за счетударной ионизации при управляемом лавинном пробое. Большоеобратное смещение позволяет уменьшить время пролета носителей через обедненную область, а также снизить емкость переходаи, соответственно, прибора, что в конечном счете улучшает высокочастотные и импульсные характеристики фотодиодов.Наиболее важными параметрами фотодиодов как фотоприемников являются: квантовая эффективность, монохроматическая чувствительность, время фотоответа (фотоотклика) и шумы, определяющие чувствительность приемников.Квантовая эффекrивностьriпредставляет собой отношение числа генерированных электронно-дырочных пар к общему числупадающих фотонов.
Иначе,ri -это количество фотоносителей,рожденных каждым фотоном, падающим на светочувствительный слой фотоприемника(16.8)гдеIФ-фототок, генерированный в полупроводнике за счет поглощения падающего оптического излучения, мощность которого РФ' энергия фотонаhv.Глава',~.16. Оптоэлектронныеприборы471Одним из основных фа:кторов, опреде.Ляющих квантовую эф~1фективность1'\,.являете.я коэффициент поглощения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
