Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 91
Текст из файла (страница 91)
ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИческие контакты;2 - просветляющее покрытие из пленки ZnS,3 - тонкий полупрозрачный слой металла; 4 - окиськремни.я Si0 2 ; 5 - диффузионное охранное :кольцо р+-типа.SiOи др.;По сравнению с р-п- или р-i-п-структурами металлическая пленка, обеспечивающая :контакт с полупроводником п-типа, обладает значительно меньшим последовательным сопротивлением, чем в случае мелкого п+-п-перехода у перечисленныхструктур. Меньшее последовательное сопротивление дает и меньшие потери. :Кроме того, паразитное поглощение коротковолнового (УФ) излучения в тонкой (~ 10- 6 см) полупрозрачной пленкеменьше, чем в более толстой р+-области. Все отмеченное, а такжепростота изготовления и широкий выбор возможных материалов(как металлов, так и полупроводников) несомненно .являются достоинствами этих приборов.
Из полупроводников в фотодиодахШоттки используютдр., а из металловSi, Ge, GaAs, GaAsP, InP, CdS, PbS, PbSe и-Au, Ag, Pt, Cu, Мо, Ni, W, Cr, Sn, Zn, Cs и др.Приборы рассматриваемого типа хорошо совместимы технически и физически с интегральными структурами, что являете.я существенным их достоинством.Для видимой и УФ областей спектра коэффициент поглощения в наиболее распространенных полупроводниках очень велик(> 105 см- 1 ), а эффективна.я глубина поглощения мала (1/а << 0,1мкм), поэтому соответствующим подбором металла и просветляющего покрытия добиваются, чтобы падающее излучениев основном поглощалось вблизи поверхности полупроводника.10- 6 см пропускает более 95% паПленка из золота толщиной~дающего излучения, а при толщине ~пропускания снижается до30% .5 · 10-6 смкоэффициентКвантовая эффективность лучших приборов в видимом и УФ диапазонах колеблется в пределах 20 ...
70%, время нарастания фотоотклика ~ 10- 10 с.Фототранзисторы и фототиристоры. Биполярные и полевыетранзисторы, а также тиристоры, рассмотренные соответственно в гл.4-6,при соответствующей конструктивной модификации могут выполнять роль фотоприемников. Характерной особенностью этих приборов.являетсяналичие высокогокоэффициента внутреннего усиления, что обеспечивает и высокуючувствительность.
Однако эти фотоприемники отличаются посравнению с фотодиодами большей инерционностью и конструктивной сложностью.Глава16. Оптоэлектронные481приборыУстройство биполярного фототранзистора2доказано на рис.16.25, а, а эквивалент;·~ая схема - на рис. 16.25, б. Основные'области, электроды и их назначение i,!'l'e же, что и в обычном транзисторе.
Конtетруктивным отличием фототранзисторап+.вляется наличие фотоприемного окна,,состоящего из антиотражающего покры:к; ия 1 и прозрачного защитного окисла 2.'Через окно оптическое излучение прони,,. ает сначала в базовый слой (Б), а потома)кколлекторную область (К). Переход ба--коллектор выполняет роль фоточувтвительного элемента ипоэтому имеетольшую площадь. На рис., азан вво-----'----t16.25, бон повиде фотодиода.Рассмотрим основные процессы в бипоэярном фототранзисторе, который обычо включаетсявэлектрическую· хеме с общим эмиттером.
стор может работать вцепьпо(Э). Фототран4 · 10-3 лмрежиме как савающей базой р, когда ее электричекая цепь разорвана,б)так и при наличиизового тока подобно обычному биполярому транзистору. Специфическим явля4321, тся режим с плавающей базой, поэтому·. альнейшее рассмотрение будет касаться" менно его. При наличии напряженияf.ежду коллектором пи эмиттером п""' и всутствие облучения в цепи коллектораФ=Оо2 4 6 8в)Рис.16.25удет протекать темновой ток.
В этом слуае эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а кол~екторный-в обратном. Напряжение коллектор-эмиттер расределено между этими двумя переходами,причем подавляю!Щая часть падает на коллекторном переходе, а на эмиттерном1nадение напряжения незначительно.
Поэтому и ток инжекции:~ерез этот открытый переход, и темновой ток Iт в цепи коллекто. ·а будут также малы.При освещении транзистора светом в его базовой и коллек)rорной областях генерируются электронно-дырочные пары, ко;'Торые разделяются полем коллекторного перехода аналогично16-6779Раздел4824.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИтому, как это происходило в фотодиодах. Электроны движутся вобласть коллектора. Дырки, фотоrенерированные в базе, и те,которые приходят в базу из коллеfтора, понижают потенциальный барьер на эмиттерном переходе, что вызывает дополнительную инжекцию электронов в базу.
С увеличением интенсивности светового потока Ф рас;тет число генерированных фотоносителей и, соответственно, увеличивается коллекторный ток, чтохорошо видно из выходных БАХ биполярного фототранзистора(рис.16.25, в).Общий коллекторный ток(16.9)где Iкэо-ток в коллектор-эмиттерной цепи при Ф =О, h 21 экоэффициент передачи в схеме с ОЭ (см. п.Поскольку h 21 этотранзистора в-4.4).\3 » 1, эффективный квантовый выход фо+ h 213) раз больше квантового выхода фото=(1диода (обычно на 1 ... 2 порядка), роль которого в фототранзисторе выполняет переход база-коллектор. Если в ц~ци базыпротекает ток от внешнего источника (на базу подано смещение), этот ток добавляется к току JФ и общий коллекторный токвозрас'J'ает.
Биполярные фототранзисторы совмещаются с другими интегральными приборами. Это можно ярко проиллюстрировать на примере составного транзистора, устройство и схема которого представлены соответственно на рис.где1-антиотражающее покрытие,металлический контакт,4 - Si02 •2-16.26,а, б,защитный окисел,ТранзисторVT 13-функционирует как обычный биполярный фототранзистор. Ток инжекциитранзисторазистораVT 2 ,VT 1является одновременно входным током транчто значительно повышает общий коэффициенткб)Рис.16.26эГлава16.Оптоэлектронные приборы483усиления. В составном транзисторе коэффициент усиления достигает значений 103 ••• 10 4 • Большая емкость база-коллектор вбиполярных фототранзисторах ограничивает их быстродействие, которое снижается при увеличении усиления за счет обратной связи.
Типичные времена переключения: для фотодиодов~ 10-8 с, для биполярных фототранзисторов 5 · 10-6 с, для составных фотоприемников5 · 10-5 с.Фототиристоры. Устройство и принцип действия фототиристоров во многом аналогичны устройству и принципу действияобычных тиристоров и их разновидностей, описанных в гл.Отличительная особенность устройства фототиристора-5.наличие полупрозрачного окна в области базы с управляющимэлектродом УЭ (рис.16.27,а и б).
Освещение фототиристораприводит к генерации электронно-дырочных пар в базе и в переходе П 2 • Переход П 2 разделяет электроны и дырки аналогичноколлекторному переходу фототранзистора и переходу фотодиода. Избыточные носители усиливают механизм обратной связитиристора, что приводит к переключению еГо из запертого состояния в открытое при меньших анодных напряжениях, аналогично тому,как это происходит при наличии управляющего тока в обычном тиристоре. БАХ фототиристора полностьюаналогичны характеристикамрис.5.1,триодного фототиристора (см.в), где в качестве параметра вместо тока управляющего электрода выступает мощность светового потока или любойдругой параметр, характеризующий интенсивность падающегоизлучения.
Фототиристоры используются в основном в устройстве силовой автоматики и сильноточной электроники, так какпозволяют переключать большие токи и напряжения при облучении их световыми сигналами малой интенсивности.кпка)6)Рис.16*hvА16.27в)Раздел4844.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИЧувствительность фототиристоров не хуже, чем у составныхбиполярных фототранзисторов, а быстродействие фототиристоров (l0- 5 ••• 3 • l0- 5 с) даже несколько лучше.Полевые фототранзисторы. Структура кремниевого МДП-транзистора представлена на рис.Пподложка;-3-16.27, в,где И-исток; С-сток;затвор. Излучение через полупрозрачныйэлектрод затвора проникает в область канала и подложки р-типа.
Генерированные носители разделяются электрическим полем канала: электроны поступают в канал, увеличивая его проводимость, а дырки вытесняются в подложку. Увеличение проводимости канала под действием света приводит к изменениюпорогового напряжения на затворе и крутизны характеристики. Выходной сигнал, снимаемый с резистора, включенного вцепь стока, пропорционален фототоку в процессе облучения.Если МДП-фототранзистор работает в ИК диапазоне, то обычно используется эффект не собственного, а примесного поглощения.
В этом случае р-подложка легируется индием и бором. Бордает мелкий аJ<цепторный уровень, т. е. уровень, расположенныйблизко к границе валентной зоны, а индий образует глубокий акцепторный уровень, расположенный выше границы валентнойзоны нарис.0,16 эВ. Если положительный потенциал на затворе (см.16.27, в) больше порогового, то происходит образование канала. Все примесные центры (уровни) захвачены дырками инейтральны. Под действием ИК излучения с энергией фотонов,достаточной для ионизации атомов индия, дырки переходят ввалентную зону и образуются отрицательные ионы акцепторов(в основном в поверхностном слое, т.
е. недалеко от границы канала в обедненной области). Суммарная плотность отрицательного объемного заряда в обедненной области увеличивается, изменяется ширина перехода на границе канала и подложки, что,всвою очередь,модулируетпроводимость канала иизменяетток стока. Эти изменения пропорциональны величине световогопотока и, соответственно, фототоку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
