1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 78

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 78)

С увеличением напряжения IIц э фототокнесколько увели чи вается вследствие модуляции ширины базы.Спектральные характ еристики аналогичны подобным характе­ристикам фотодиодов (см. рис. 14-14, в),Рис. 14-21. Вольт-амперныехарактеристики фототран­зистора.Частотные свойства фототранзисторов определяются в основ­ном диффузионным движением носителей в базе прибора и процес­сами зар яда емкостей переходов. С увеличением частоты м о д у­ляции светового потока фототок ум ен ьш ается так ж е, к ак и в фо­тодиодах.Параметры.

Фототранзисторы, т а к ж е к а к фоторезисторы ифотодиоды, используются в качестве фотодетекторов — приборовдля обнаружения и регистрации световы х сигналов. Поэтому д л яхарактеристики работы фототранзистора в качестве фотодетектораиспользуются те ж е параметры, что и д л я фоторезисторов(см. § 14-4): пороговый поток Ф и, обн аруж и тельн ая способностьО и др.Одппм из важнейших параметров фототранзистора с л у ж и ткоэффициент уси л ени я по фототоку ф от отранзист ора — отно­шение фототока коллектора фототранзистора при отключеннойбазе к фототоку освещаемого р-п перехода, измеренному в диод­ном режиме.Согласно (14-48)Токовая чувствительность ф от от ранзист ора — это отношениеизменения электрического тока на вы ходе фототранзистора к и з­менению потока излучения при холостом ходе на входе и кор о т­ком замыкании на выходе по переменному то ку.Д л я схемы с общим эмиттером то ко вая чувствительность р ав н а :,11общ.э_к(14-50)<1Фобщ.

б = 03 определяется при тех ж еВольтовая чувствительность к\зусловиях, но измеряется изменение н ап р яж ен и я на входе фототранзпстора.14-9. ИЗЛУЧАЮЩИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫИзлучение света полупроводниками. Принцип действия и з л у ­чающих полупроводниковых приборов основан на излучении к в а н ­тов электромагнитной энергии при переходе частиц из вы сокогоэнергетического состояния в более низкое (переход вниз). В § 9-3при рассмотрении процессов рекомбинации обсуждались р азл и ч ­ные виды переходов вниз (рис. 9-9, а): м еж зонны е переходы, п ере­ходы из зоны проводимости на акцепторный уровень или с донорного уровня в валентную зону, переходы через глубоко зал егаю ­щие примесные уровни (ловушки) и др. В се эти переходы м о гу тсопровождаться излучением энергии к а к в виде фотонов, т а к ив виде фононов.

Т ак , например, в зависимости от строения эн ер ге­тических зон в полупроводниках м о гут происходить к а к п р ям ы е,так и непрямые межзонные переходы (рис. 9-9, б и в). Д ля прямыхпереходов вниз наиболее вероятно выделение энергии в виде фо­тонов (и злучательн ая рекомбинация). В случае непрямых перехо­дов энергия вы д ел яется, к а к правило, в виде фононов и воспри­нимается кристаллической решеткой. Т емпература кристалла приэтом повыш ается относительно окружающей среды и происходитравновесное тепловое излучение.

При непрямых переходах помимофонона может вы дел и ться такж е и квант лучистой энергии — фотон.Переходы, при которы х излучаются кванты лучистой энергии,называют излучателъными. С излучательными переходами свя­заны такие явл ен и я, к а к люминесценция и вынужденное (и н дуц и ­рованное) излучение. Последнее явление леж ит в основе работыквантовых приборов и подробно рассматривается в курсе «Элек­тронные приборы С В Ч и квантовые приборы».Явление люминесценции используется в некогерентных излу­чающих полупроводниковых приборах.Люминесценцией называю т излучение, представляющее собойизбыток над тепловым излучением при данной температуре телаи характеризуемое длительностью, значительно превышающейпериод световых колебаний.Д л я того чтобы люминесценция возникла, кристалл полупро­водника должен быть переведен в возбужденное состояние с по­мощью внешнего источника энергии, т.

е. в такое состояние, прикотором его вн утр ен н яя энергия превышает равновесную, соот­ветствующую данной температуре. В частности, возбужденномусостоянию полупроводника соответствует образование неравно­весных концентраций свободных частиц: электронов в зоне про­водимости и дырок в валентной зоне.В отличие от индуцированного излучения, длительность кото­рого близка к периоду световых колебаний (примерно 10~15 с),люминесценция хар актер и зуется весьма длительным свечениемд аж е после того, к а к действие возбуждающего фактора прекрати­лось.

Это послесвечение объясняется тем, что при люминесценцииакты поглощения кван то в энергии отделены во времени от актовизлучения промежуточными процессами. Кроме того, при люми­несценции эм иттируется некогерентное оптическое излучениес относительно широким спектром (около 10-2 мкм), в то время к акиндуцированное излучение оптического квантового генераторакогерентно и отличается значительно более узким спектром(менее 10-5 м км ).Перевод полупроводника в возбужденное состояние можетбыть осуществлен за счет воздействия на кристалл энергии различ­ных видов. Т ак , например, если возбужденное состояние дости­гается за счет поглощ ения квантов света, то такую люминесценциюназывают фотолюминесценцией.

При возбуждении кристалла по­током быстрых электронов или ж е потоком други х частиц возни­к ает кат одолю м инесценция или радиолюминесценция. Известныявления хеми- и биолюминесценции.Особую роль в полупроводниковой электронике играет электро­люминесценция, при которой возбуждение к р и стал л а достигаетсяпод действием электрического поля или то к а. Т ак , с помощьюэлектрического поля можно получить меж зонное возбуждение,основными механизмами которого сл уж ат у д а р н а я ионизация уско ­ренными электронами, а так ж е эмиссия электронов с центров з а ­хвата под действием сильного поля.Широко использую тся методы возбуж дени я полупроводнико­вого кристалла, содержащ его электронно-дырочный переход: инж екци я неосновных носителей под действием внешнего источниканапряжения, включенного в прямом направлении; лавинный про­бой в р -п переходе при подключении обратного напряж ения,туннельный пробой и др.Спектр люминесцентного излучения оп ределяется характеромпреобладающих излучательных переходов.

М ежзонным переходамсоответствует спектр собственного излучения, м акси м ум которогосоответствует частоте V ^ АЕа/Ь. Наиболее вероятн ы излучательные переходы с участием локальных энергетических уровнейпримесей или дефектов решетки. Такие переходы м огут происхо­дить, например, в результате рекомбинации электрона, захвачен­ного на примесный уровень вблизи дна зоны проводимости, с дыр­кой в валентной зоне, или в результате рекомбинации дырки,находящейся на локальном уровне вблизи потолка валентной зоны,с электроном из зоны проводимости.М аксимумы спектров излучения при п ереходах с участиемлокальных уровней сдвинуты относительно м акси м ум а собствен­ного излучения в длинноволновую область.В большинстве случаев в полупроводниках н ар яд у с излучательными переходами наблюдаются так ж е переходы безызлучательные.

Вследствие этого энергия, затр ач и ваем ая на возбуж ­дение полупроводника, лишь частично п ревр ащ ается в энергиюлюминесцентного излучения. Эффективность процесса люминес­центного излучения определяется отношением выделяемой лучис­той энергии к полной энергии возбуж дения. Эффективность люми­несценции тем выше, чем больше число локальн ы х уровней, участ­вующих в излучательных переходах, и чем ближ е они расположенык границам соответствующих зон, т.

е. чем легче зах в ат электро­нов и дырок. Эффективность люминесценции зависит так ж е отэнергетического зазора на излучательном переходе: его величинадолжна существенно превышать кТ.Люминесцентный конденсатор. Устройство этого прибора,используемого д ля визуальной индикации электрических сигна­лов, показано на рис. 14-22, а. М еж ду электродам и — полупроз­рачной металлической пленкой и тонкой металлической пластин­кой — запрессован слой люминофора — вещ ества, люминесцирующего под воздействием электрического поля. В качестве люмино­фора чаще всего используют сульфид цинка ^ п Э ) с примесью медии марганца. К электродам подключают источник переменногонапряж ения и обычно звуковой частоты.

Амплитуда напряжения идолжна быть такой , чтобы создать в люминофоре поле, среднеезначение напряженности которого составит 106-^107 В/м. Н а от­дельных у ч а с т к а х люминофора, где поле в моменты максимуманапряж ения м ож ет достигать 108 В/м, развиваю тся процессы удар­ной ионизации и полевой ионизации центров захвата. В те мо­менты времени, когда напряжение и, а с ним и ноле в люмино­форе ум еньш аю тся, электроны совершают переходы вниз, на ур о ­вни ионизированных .центров. Некоторые из этих переходовизлучательные, и люминофор начи­нает светиться.1 2 3Эффективностьлюминесценции///*Ш Г/Х Ш Ш Ш !в таких приборах невысока и обычнош ш ш ж /ИГЛ*не превышает 1—2%.«ОРис.

14-22. Устройство лю­минесцентного конденсато­ра (а) и его вольт-яркостн ая характеристика (б).Рис. 14-23. Устройство светодио­да (а), светодиод-цпфровой индика­тор (б).1 — ст е к л я н н ая подлож ка; 2 —В — стеклян н аялинза;3 — выводы;4 — светящ иеся сегменты индикатора.полупрозрачная металлическаяпленка; з — люминофор; 4 — ме­тал л и ч еская пленка.1 — монокристаллкарбидакремния;Основной характеристикой электролюминесцептных конденса­торов я в л я е т с я волып-яркостная т рак т ери ст и к а , отражаю щ аязависимость яркости свечения В от приложенного напряженияпри различны х частотах (рис.

14-22, б).И сп ользуя различные комбинации примесей в сульфиде цинка,можно получить люминесцентные конденсаторы с желтым, крас­ным, синим или зеленым свечением.Светодиод — это излучающий полупроводниковый прибор с од­ним электрическим переходом, предназначенный для непосред­ственного преобразования электрической энергии в энергию неко­герентного светового излучения.В качестве материалов д л я изготовления светодиодов исполь­зую тся обычно полупроводниковые соединения: карбид кремнияЭЮ, фосфид га л л и я ОаР, арсенид гал и я ОаАэ и др.

Спектр излу­чения зави си т от ширины запрещенной зоны используемого мате­риала, а т а к ж е от рода и концентрации примесей. Т ак, к а к дляарсенида га л л и я характерны прямые межзонные переходы, то в со­ответствии с шириной запрещенной зоны (А ^з « 1 , 4 эВ) максимумспектральной характеристики при Т = 300 К л еж и т в инфракрас­ной области спектра (К « 0 ,9 мкм).Светодиоды, изготовленные из карбида кр ем н и я, излучаютжелтый свет (А, « 0,6 мкм). Н есколько м акси м ум ов наблюдаетсяв спектральной характеристике светодиода н а основе фосфидагал л и я с примесью кадм и я. Соединения атомов к а д м и я и кислородаобразуют экситошше уровни (см.

Характеристики

Список файлов книги