$Математика$	Электротехника и электроника
5. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: 5.2. Полупроводниковые источники света

5.2.3. Приемники излучения.

К числу полупроводниковых приемников излучения относятся фотодиоды, фототранзисторы, и другие приборы.

В основе работы приемников излучения лежит явление внутреннего фотоэффекта, при котором кванты света выбивают электроны из атомов полупроводника. Ставшие свободными электроны создают ток через p-n-переход.

В фотодиодах на p-n-переход подается обратное напряжение. В темноте обратный ток через диод достаточно мал. При освещении перехода увеличивается число «выбитых» квантами света электронов и образовавшихся на их месте дырок. Увеличивается обратный ток перехода, причем его величина зависит от освещенности перехода: I_обр=f(Ф), где Ф – световой поток. На этом основана работа фотодиода, к которому подключается источник обратного напряжения через сопротивление нагрузки. При увеличении светового потока увеличивается обратный ток и растет падение напряжения на нагрузке. Обозначение фотодиода на схемах и схема с фотодиодом приведены на рис.5.2 (а,б).

Рис.5.2

Технология изготовления фотодиодов почти не отличается от технологии изготовления обычных полупроводниковых диодов. На кристалле полупроводника создают слои с р и n проводимостями. Один вывод образует контакт с подложкой, а другой – тонкий, прозрачный слой металла. Разработаны более чувствительные и быстродействующие фотодиоды с четырехслойными гетеропереходами, с барьером Шотки, кремниевые p-i-n-диоды, которые все более вытесняют фотодиоды с p-n-переходом. Структура p-i-n-диода(см.рис.5.3) содержит слои полупроводника с р и n проводимостями, разделенные очень тонким i-слоем окиси кремния – изолятором. Обратный ток перехода в p-i-n-структуре чрезвычайно мал, что увеличивает чувствительность к слабым световым потокам. Энергия носителей заряда, возбужденных квантами падающего света, оказывается вполне достаточной, чтобы преодолеть тонкий слой изолятора и создать фототок.

Рис. 5.3

Работа фототранзистора также основана на фотопроводимости. В транзисторе с «оторванной» базой (I_Б=0) коллекторный ток равен

При облучении базы или области коллекторного перехода изменяется обратный ток I_КБ0, и следовательно и коллекторный ток. Мощность сигнала в транзисторе с ОЭ из-за большей величины обратного тока (в β+1 раз) , чем в фотодиоде, при том же уровне напряжений источника питания. Таким образом, чувствительность фототранзистора выше.
Примерная и обозначение структура фототранзистора приведены на рис. 5.4.

Рис.5.4

От обычного биполярного транзистора фототранзистор отличается только тем, что у него в области эмиттерного перехода имеется прозрачное окно, пройдя которое свет попадает в базу. Образовавшиеся благодаря квантам света носители заряда создают ток базы.

К пассивным типам фотоприемников можно отнести фоторезисторы. Они изготавливаются из полупроводника, но без p-n-перехода, то есть фоторезисторы ведут себя как обычные омические сопротивления. Темновое сопротивление фоторезистора обычно велико и может достигать нескольких мегаом. Под действием света в толще полупроводника появляются свободные носители заряда, резко снижающие сопротивление фоторезистора.