Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 84
Текст из файла (страница 84)
9.31. Таким методом создают диоды с толщиной р-а-перехода до 1О мм. Приемники проникающей радиации иа основе моиокрнсталлов полупроводников с р-п-переходом, имеющим большую толщину, позволяют регистрировать и спектрометрировать длнииопрабежные частицы высокой энергии. Основным недостатком таких приемников, созданных с использованием диффузии и дрейфа лития, является необходимость нх глубокого охлаждения при хранении и транспортировке во избежание самопроизвольной диффузии и самопроизвольного дрейфа лития, т. е.
во нзбежанне перераспределения примесей. Атомные злектроэлемеиты С генерацией ЭДС при облучении р-л-перехода частицами высокой энергии связан один из возможных путей создания атомного электроэлемента, преобразующего энергию радиоактивных излучений в электрическую энергию. Первые атомные электроэлемеиты работали с радиоактивным стронцием ~'Ьг, представляющим собой «золу» атомных реакторов. Стронций при распаде испускает электроны больших энергий, которые проникают в толщу полупроводниковой пластинки с р-л-переходом н производят там ноиизацию атомов полупроводника. Возникшие пйры носителей разделяются диффузионным полем перехода, что обеспечивает появление нескомпеиснроваиных зарядов иа электродах атомного электроэлемента.
В результате в первых атомных электроэлементах создавалась разность потенциалов до 0,2 В. Ток короткого замыкания атомного электро- элемента плошадью 0,32 см' составлял 5 мкА, коэффициент полезного действия — 1~'. Мощность, отдаваемая одним атомным электроэлементом, невелика, поэтому их соединялн последовательно и параллельно, создавая таким образом атомные батареи. Поскольку период полураспада стронция равен 28 годам, предполагалось, что срок службы атомных батарей должен исчисляться по крайней мере 28 годами. Однако оказалось, что эффективность атомных батарей значительно снижалась в течение двух- трех недель из-за того, что быстрые электроны, излучаемые стронцием, создавалн дефекты в кристаллической решетке полупроводника, портили структуру р-л-перехода.
Дальнейшая разработка атомных батарей в основном ведется по трем направлениям: 1) подбирают радиоактивные вещества, спектр излучения которых ие содержит очень быстрых частиц; 397 2) предполагают использовать замедлители частиц, с тем чтобы р-л-переход подвергался облучению, ио ие выходил нз строя; 3) энергию испускаемых радиоактивным веществом частиц пытаются предварительно преобразовать в световую.
Для этого иа пути движения частиц высокой энергии помещают слой люминофора. Поглощаемые люминофором частицы вызывают его свечение, которое воздействует на р-л-переход фотоэлемента. 5 Р.Ы. ОПТОПДРЫ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ МИКРОСХЕМЫ Оптопары Оптопара — это оптоэлектронный полупроводниковый прибор, состоящий из излучающего н фотопрнемното элементов, между которымн имеется оптическая связь н обеспечена злентркческая нэоляиня.
В качестве одного элемента оптопары — излучателя — могут быть использованы инфракрасный излучающий диод, светонзлучающий диод, электролюминесцентный порошковый нли пленочный излучатель, а также полупроводниковый лазер. Обычно применяют инфракрасный излучающий диод, который отличается ФФ ФФ $Ф- мннесцентных порошковых и пленочных излучателей большим КПД (превышающим ТТ) Ф) Ю) 10%), а также простотой структуры и управ- и Ю леня я. В качестве второго элемента оптопары— г~ Ф) фотоприемного элемента — могут быть использованы фоторезистор, фотодиод, биполярный фототранзистор, однопереходный фототраизистор нли фототиристор.
В зависимости от вида фотоприемного элемента различают резисторные, днодиые, транзисторные и тиристорные оптопары. Излучающий и фотоприемный элементы оптопары помешают в общий корпус. Примеры схемного обозначения различных оптопар приведены на рнс. 9.32. Усиление или преобразование входного электрического сигнала в оптопарах происходит следующим образом. Изменение входного тока — тока через полупроводниковый излучатель — сопровождается изменением мощности его излучения и изменением 398 Рнс.
9.82. Оптопвры; а — резнсторивя; б — диоднвв; в — трвнзнсторивя с биполярным фототрвизнстором; г — трвизисторнвя с одиоперекодимм фототрзизнсторон; д — тнрис- торизя потока фотонов, падающих на фотоприемный элемент оптопары. При изменении облучения фотоприемного элемента происходит либо изменение сопротивления фоторезнстора, либо изменение обратного тока фотодиода, либо появление фото-ЭДС прн работе фотодиода в режиме фотоэлемента, либо усиление фототока в фототраизнсгоре, либо переключение из закрытого состояния в открытое фототнрнстора или однопереходиого фототранзистора. Следует отметить универсальность одиопереходиого фототранзнстора в качестве фотоприемного элемента оптопар. Ои может быть использован иа выходе оптопары как фоторезистор, фотодиод, фотоэлемент и, конечно, как переключающийся прибор — одиопереходиый фототранзистор.
Для существования хорошей оптической связи между элементами оптопары кроме их соотвегствующего расположения необходимо по возможности более близкое совпадение спектральных характеристик этих элементов. Оптоэлектронные интегральные микросхемы Обязательной частью любой оптоэлектронной интегральной микросхемы является та или иная оптопара. В зависимости от необходимого быстродействия обработки аналоговых или логических сигналов, от необходимой мощности иа выходе н от других требований в качестве фотоприемного элемента оптопары применяют тот или иной из перечисленных в этом параграфе элементов. Каждый из них имеет свои преимушества и свои недостатки. Так, фотоднод может обладать большим быстродействием, но его коэффициент усиления фототока ие превышает единицы.
Поэтому всегда между выходом оптопары и исполняющим устройством есть согласующая электронная схема. При современном уровне интегральной технологии введение такой согласующей схемы в интегральном исполнении, объединенной с оптопарой в едином корпусе, ие представляет принципиальной сложности. Но благодаря наличию оптической связи оптоэлектронные интегральные микросхемы, как и простые оптопары, обладают рядом существенных достоинств. 1.
Почти идеальная гальваническая развязка управляющих цепей от исполнительных при сохранении сильной функциональной связи (оптической) между ними. В отличие от электрической оптическая связь может быть легко реализована между низкоомнымн н высокоомными, низковольтными н высоковольтиымн, низкочастотными и высокочастотными цепями. Развязка электрических цепей с помощью оптопар достигает 1О'в Ом и 10' В, а емкость между цепями может составлять всего 1О ' пФ, причем эти параметры могут быть улучшены.
Здесь же можно отметить однонаправленность оптической связи н отсутствие обратной реакции приемника излучения на язлучатель. 399 2. Помехозащищенность оптических каналов связи, что является следствием зарядовой нейтральности фотонов. Поток фотонов в тракте передачи сигнала не вызывает появления индуцироннниых электрических н магнитных полей, что ограничивает плотность электронного потока н является причиной различных паразитных связей в электронных цепях.
Высокая помехозащищенность оптического канала связи н отсутствие взаимных паводок позволяют выполнять многоканальные сложные связи. 3. Для передачи информации по оптическому каналу связи могут быть использованы изменения направления, интенсивности, спектрального состава, поляризации илн фазы колебаний. Это открывает возможности для параллельной обработки информации. 4. Возможность выдачи выходной информации, а также информации о состоянии отдельных звеньев оптоэлектронного устройства в виде световых сигналов илн зрительно воспринимаемого образа, что позволяет осуществлять непосредственный, визуальный контроль и считывание. ГЛОВО Терморезисторы Контрольиаце вопросы 1. Каким образом н полупроводниковом излучателе происходит непосредственное преобразование элентрической энергии н энергию электромагнитного излучения? 2.
Как должны быть выполнены струкгурз н конструкция свгтонзлучающего диода длн получения иаиболщнего внешнего квантового выхода? 3. Какими параметрвмн можно характеризовать различные свойства светонзлучающнх диодов.' 4. Каков принцип действии полупроводникового лазера." й. Кнковы отличия в принципе аействня и в свойствах полупроводникового лазера и светон мучающего днола? 6. Почему когеренгиое излучение ог инжекциониого полупроводникового лазера можно получить только нрн ~оках, превышающих нскоторос пороговое значение? 7.
Как объяснить спектральную характеристику фотореэисторп? й. Что такое коэффициент усиления фоторезнстора н ьак юо усиление происколит? 9. Какими нараметрвмн »арактеризуют фоторсзистор? 1й. Какие физические факторы влияю~ на световую характеристику фото- резистора при больших световых потокахт 11. Каковы отличия в свойствах фотодиода и фоторезистора? 12. Какие структуры могут иметь фотодноды н каковы основные отличия в свойствах фотодиодов иа основе различных выпрямаяющнх электрических переходов? 13. Как в фотоэл«менте происходит непосредственное преобразование снетовпй энергии в электрическую? 14. Каковы оглнчия в нрннципе венстния и в своиствах фотодиода н биполярного фототраизистора? 15. Почему фогогирнсгор может управлять о~ноьнгегьно большими мощностнмн, чем допустимнн мощность рэссспикч сэмого фоготирисюр,г? 16. Перечислите достоинства онтопар и оптоэлектрониык интегральных микросхем.
Терморезнстор — это резистор, в котором используется зависимость электриче- ского сопротивления полупроводника от температуры. $46Л. ТЕРМИСТОРЫ ПРЯМОГО ПОДОГРЕВД Термнстор — это полупроводниковый терморезнстор с отрицательным темпера- турным коэффициентом сопротивления. Принцип действия термнсторов В термисгорах прямого подогрева сопротивление изменяется нли под влиянием теплоты, выделяющейся в иих при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры термнстора нз-за изменения его теплового облучения (например, при изменении температуры окружающей среды).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
