Источники и приёмники Излучения (1059978), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Расстояние между электр дами 4 и б постоянно и определяется требуемым сопротивлением нагрузки, которого в данном варианте нет, т. е. в качестве нагрузки используется фотослой с теми же люкс-амперными, температурными и временнйми (старение) характеристиками, что и профильного фотопроводящего слоя.
Такая конструкция обеспечивает постоянство эксплуатационного параметра нагрузки в широком интервале температур окружающей среды, освещенностей зонда и времени эксплуатации ФФР (рис. 4.26, б). Разрешающая способность ФФР при этом остается неизменной и составляет несколько микрометров. П ри изготовлении фотопотенциометра с компенсационной нагрузкой по аналогии с ФФР наблюдается также эффект стабилизации его работы.
Вид выходных характеристик (их крутизна) и ошибка функционального преобразования ФФР зависят от скорости сканирования С, зонда при работе его в динамическом режиме. При увеличении С, увеличивается 1Ф, одновременно увеличиваются токи утечки через темновые области, так как увеличивается остаточная концентрация носителей от спадов релаксационного процесса после прохождения зонда. Таким образом, в стационарном режиме ФФР допустима его работа в узком диапазоне нагрузок, в динамическом — в узком диапазоне скоростей, зависящем от быстродействия его фоточувствительных слоев. Рассмотренные ФФР с переменным межэлектродным расстоянием изготавливают на основе тройных соединений со сравнительно большим удельным сопротивлением (для С68е: Сн р = 10" Ом см, в ° э т РФ = 1Π—:10 Ом см). Минимально достижимым значением )с Фсг можно считать 1О' Ом, поэтому увеличить токовый отбор в рамках 142 ФФР с переменным межэлектродным расстоянием можно только за счет Йп, что приводит к технологическим трудностям формирования топологии ФФР.
Установлено допустимое значение Н„ЯФо. Кроме того, трудно изготавливать большие поверхности ФФР с высокой однородностью фоточувствительного слоя. Поэтому функциональное преобр зование целесообРазнее Рис. 427. Ус рой щФФР делать на нш!рофнлирован ной щнрвнпй зондовой области ном ФФР или ФФР щелевого типа изменением шарипы зондовой области, которая служит как бы движком фоточувствительного реостата. Устройство щелевого функционального фоторезистора (ЩФФР) показано на рис. 4.27.
!Целевой фотопроводящий слой 2, нанесенный на подложку, находится между двумя параллельными электродами 3 и 1. При смещении теневой маски 4 с заданным профилем засвечнваемая площадь фоторезистора меняется по закону, определяемому прорезью маски, что и вызывает изменение 1', (х) на Й„по соответствующему закону. ЩФФР можно изготавливать с компенсирующей (внешние условия, изменения температуры и потока излучения) нагрузкой.
В этом случае в профильной теневой маске делают щелевую про- езь параллельно ее перемещению, засвечивающую все время часть фоточувствительного слоя ЩФФР, являющегося нагрузкой. К рдинатные фотодиоды, работающие на основе продольного оо — Ф . фотоэффекта (инверсиоиные координатные фотодиоды — ИК ). При локальном освещении ФД генерированные в области светового пятна носители растекаются вдоль слоя, создавая наряду с поперечной фото-э. д. с.
(рис, 4.28, а) и продольную (рис. 4.28, б). Измеряя продольное напряжение между контактами А и В, расположенным на одной из сторон р — п-перехода, можно по его амплитуде и полярности судить о местоположении светового пятна на фотоприемной площадке (рис. 4.28, в). При совпадении светового пятна с центром фотоприемника продольная фото-э. д. с. равна нулю. При переходе светового пятна через центр в ту или иную сторону полярность продольной фото-э. д.
с. меняет знак (рис. 4.28, в). Значение этой э. д. с, зависит от положения пятна по отношению к оси симметрии 1691 1 р и + ӄ— У, — У, — — !ив где У и У вЂ” потенциалы первого и второго контактов, обуслов- 1 )43 а) цл Рис. 4.28. Схематическое устройство ФЛ (а), координатного приемника (61 с продольной фото.з. и.
с., зависимость продольной фото-з. л. с, от положения светового пятна (в) и схема расположения контактов иа лвухиоордииатиом фото- приемнике (г); ! — и-область; У вЂ” р-область; к — смещение ноилируищсгс питии ленные продольной фото-э. д. с. при удалении светового пятна на расстояние х от центра; р — удельное сопротивление п-области; 1ф — полный фототок; оу — толщина и-области; 2с( — расстояние между контактами.
и Зависимость значения продольной фото-э, д, с. от положения светового пятна называется инверсиониой, или пеленгационной характеристикой. Крутизна пелеигационной характеристики зависит от диаметра светового пятна и расстояния между базовыми контактами. При смещении светового пятна нз расстояние порядка 0,01 мкм изменение напряжения составит при;лерно 1О мкВ (при У =- 1,5 мВ).
При малых смещениях пятна относительно центра можно пользоваться выражением руф л У„ж — „„ (4.29) При расположении по краям чувствительного слоя четырех контактов (рис, 4.28, г) получаем двумерный инверсионный фото- диод. В этом случае результирующие напряжения по каналам равны где г — расстояние светового пятна от соответствующих контактов. 144 (Так как фототок зависит от падающего потока излучения и от токе(вой чувствительности ФД 5, то У„и У„также зависят от него( Подставив 1ф —— 5,Ф в уравнения (4.29) и (4.30) и введя обозначение 5 р — — р5т1(поуй), получим У„Ж5 ФХ; У„=5 Ф вЂ” 1 гн У 5прФ 1п с1 'а 2 где 5 р — продольная чувствительность ФД с продольным фотопр о эффектом. Линейная зона у таких приемников достигает 20,4 от расстояния между контактами.
К достоинствам ИКФ следует отнести: возможность изменять положение нулевой точки инверсионной характеристики за счет подачи постоянного напряжения на контакты; возможность внутренней электронной модуляции выходного сигнала (при подаче переменного напряжения на поперечные контакты), что позволяет (без предварительной модуляции потока излучения в пятне) использовать усилители переменного тока. (4.31) (4.32) (4.33) Глава 5 ПРИЕМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВНЕШНЕГО ФОТОЭФФЕКТА В 5.1. Физические основы и принцип действия Внешним фотоэффектом или фотоэлектронной эмиссией называют непускание электронов с поверхности фоточувствительного слоя в вакуум или в другое вещество под действием падающего потока излучения. В ПИ, основанных на внешнем фотоэффекте, поток электронов (называемых ф о т о э л е к т р о н а м и), эмиттируемых под действием падающего излучения одним из электродов (ф о т о к ат о д о м) в вакуум (или газ), ускоряется за счет постоянного внешнего напряжения и улавливается другим электродом (анодом), образуя во внешней цепи электрический ток, который называют фототоком.
В качестве фотокатодов используют некоторые чистые и сложные металлы и полупроводники, фотоэлектронную эмиссию которых можно представить следующими процессами: поглощением фотона и передачей его энергии электрону, диффузией (перемещением) возбужденного электрона к поверхности фотокатода и прохождением его в вакуум через поверхностный потенциальный 148 а) 000-4 ф-э сэ-0 Ф- Г0 0К к «Рзд 00 0) Гоа 40 барьер (электрическое поле, действующее в узкой области вб зи поверхности фотокатода, удерживающее электроны внутр вещества).
Энергию, которую необходимо сообщить электрон для преодоления поверхностного потенциального барьера, наз вают р а б о т о й в ы х о д а. Для внешнего фотоэффекта из естны следующие основные законы. 1. Значение фототока (число фотоэлектронов, вырываерых из фотокатода в единицу времени) в режиме насыщения (впе вылетевшие из фотокатода электроны собираются на анод, и фототок не зависит от напряжения питания) прямо пропорцйонально потоку излучения, поглощенного фотокатодом, при неизменном спектральном составе падающего потока излучения (закон Столетова): т ф Фокке где (ф — фототок, А; Ф вЂ” поглощенный поток, Вт (лм); 5„н,— интегральная чувствительность фотокатода, А)В.
2. Максимальная энергия выбиваемых фотоэлектронов пропорпнональна частоте т падающего на фотокатод излучения и не зависит от потока излучения (закон Эйнштейна -- закон сохранения энергии при фотоэлектронной эмиссии). Если электрон в веществе после взаимодействия с упавшим фотоном с энергией Йт вышел в вакуум с кинетической энергией (огот/2) „„совершив фотоэлектронную работу выхода Еф, го закон Эйнштейна можно записать в виде Рнс. 5дт. Схемы стандартных электровакуумных чтЭ (а) н спектральные хапактернстнки некоторых фотокатодов (0): К вЂ” фатокатод, А— акад; ОК вЂ” олраккое кольцо (тоа/2) =- Ьт -- Еф, где т и и — масса и скорость фотоэлектрона.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
