Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Гетеропереходы в области гомогенных переходовСодержание книги Поиск на нашем сайте
Такие переходы образуются при контакте материалов с различной DW, различными зонными структурами, эффективными массами носителей по обе стороны границы, подвижностями и др., но с одинаковым химическим составом. Различие свойств в таком случае обуславливается различными вводимыми примесями. Пр.показан на.рис. В зонной диаграмме резкого гетероперехода за счёт различия электронног о сродства контактирующих полупроводников появляются разрывы в валентной зоне (DWс) и в зоне проводимости (DWv). Это приводит к различию в высоте потенциальных барьеров для электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Использование гетеропереходов улучшает характеристики фотоприёмников и фотопреобразователей, возможна разработка новых типов фотоприборов. Наличие широкозонного окна для фотонов DW1>hn>DW2 обеспечивает эффективное фотопреобразование, т.к. место генерации носителей и область, где они разделяются (область пространственного заряда) совмещены. Облегчаются требования к длине дрейфа-максимальное быстродействие,на их основе можно создавать фотоприёмники, чувствительные в наперёд заданной области спектра, т.н. «селективные» фотоприёмники. Металл-полупроводниковые контакты (диоды Шотки). Широко используются при создании фотоприёмников. Обычно поверхность полупроводника покрыта слоем окисла, образующего между металлом и полупроводником диэлектрическую прослойку. На границах диэлектрического слоя с металлом и полупроводником, а также внутри его существуют поверхностные электрические состояния (ПЭС). Они принимают участие в обмене носителями между металлом и полупроводником. Чтобы это убрать, оксидный слой в технологии перехода исключают.Сейчас распространены такие фотоприёмники с двумя видами фотопереходов в барьерах Шотки. Во-первых, используются межзонные переходы в полупроводниках, во-вторых, используется фотоэмиссия из металла в полупроводник. Каждый из этих переходов даёт вклад в фототок в различных областях спектра. Длинноволновая граница собственно фотоэффекта определяется DW полупроводника, а для фотоэмиссии у металла - высотой потенциального барьера в полупроводнике со стороны металла, которая меньше DW.
Фотоэлектрические явления в поликристаллических, многослойных и неоднородных структурах. Фотоприёмные устройства на основе тонкоплёночных полупроводниковых конструкций широко применяются для различного рода регистрации оптических сигналов. Используются напылённые плёнки, спечёные слои и монокристаллические в органических биндерах. Это приводит к возникновению периодически изменяющихся зонных структур. Особенности структуры таких материалов определяют механизмы токопрохождения и фоточувствительности, отличающиеся от свойств монокристалловПоверхностные эффекты здесь имеют исключительно большое значение, т.к. велико отношение площади к объёму. Фоточувствительность монокристаллических порошкообразных фотопроводников повышается с увеличением приложенного напряжения. Для получения такой же, как в монокристаллах фоточувствительности необходимы поля порядка 104В/см. Механизмы генерации фотоносителей в распространённых структурах можно проиллюстрировать согласно рис.20. 16.Фотоэлектрические явления в МДП-структурах. Если к металлическому слою приложить постоянное положительное смещение, электроны будут аккумулироваться у поверхности раздела полупроводника с диэлектриком. Из-за увеличения их концентрации у поверхности полупроводника возрастёт поверхностная проводимость. Это состояние называется «состоянием обогащения». Если к металлу теперь приложить небольшое отрицательное напряжение, в полупроводнике начнёт индуцироваться положительный заряд. Это - индуцированныей неподвижный заряд доноров, возникающий из-за отталкивания от поверхности раздела отрицательным напряжением на металлическом слое. Под поверхностью образуется слой свободный от подвижных электронов. Это - обеднённое состояние. При увеличении отрицательного напряжения уровень Ферми может оказаться ниже середины запрещённой зоны Wi. -вблизи поверхности дырок будет больше, чем электронов, т.е. знак проводимости приповерхностной области изменяется на противоположный и образуется слой p-типа-инверсия приповерхностной проводимости.
В зависимости от знака и величины внешнего напряжения поверхностная проводимость может уменьшаться, увеличиваться, а также менять знак носителей. Изменение поверхностной проводимости полупроводника является составной частью МДП-структуры при изменении напряжения на ней, что называется «эффектом поля». Это используемо во многих фотоприёмниках, содержащих такие структуры. Поверхностная ЭДС. Поверхностный потенциал Ws изменяется при появлении избыточных зарядов в полупроводнике. Если избыточные носители появляются за счёт фотоактивного поглощения света-возникающая ЭДС - поверхностной фото-ЭДС. Есть две возможные причины изменения Ws при освещении структуры. Во-первых, это обусловлено появлением избыточных зарядов в приповерхностном слое, т Во-вторых, присутствие избыточных носителей может привести к изменению значения поверхностного заряда qПЭС за счёт захвата части неравновесных носителей на ПЭС. Компонента поверхностной фото-ЭДС, связанная с изменением поверхностного заряда, может иметь знак обратный изгибу зон Ws и появляться, когда последний вообще равен нулю, поскольку её появление вызвано захватом на поверхности, а не влиянием избыточных носителей на структуру области пространственного заряда (ОПЗ). Для рис:В области больших инверсионных и обогащённых изгибов теоретическая и экспериментальная зависимости совпадают. Имеется также область расхождения зависимостей. Так, при плоских зонах (Ws=0) значение Uф в эксперимента ¹0. Это связано с наложением ЭДС Дембера. С ней связана и перемена знака ЭДС при небольших обедняющих изгибах зон. 17.Характеристики и параметры фотоприёмников. Вольтамперная характеристика: I(U)=Iт + Iф.Спектральная характеристика, определяет спектральную область работы прибора и его спектральную чувствительность.Температурные характеристики - зависимость Iт(Т), Rт(Т), чувствительность от температуры и т.п.. Температурный коэффициент Пороговые характеристики - способность фотоприёмника реагировать на световые сигналы слабой интенсивности. Они определяются собственными шумами, являющимися флуктуациями тока в отсутствие засветки или при воздействии немодулированного светового потока. При этом: -тепловой шум является белым. Его напряжение можно уменьшить нагрузкой фотоприёмника на согласованное сопротивление. -генерационно-комбинационный (дробовой) шум. Определяется флуктуациями концентрации и времён жизни носителей. На частотах порядка 1/2pt дисперсия тока -радиационный шум, обусловлен флуктуациями потока излучения. Его спектр мощности обычно имеет постоянную амплитуду, слабо зависящую от частоты. -избыточный (токовый) шум - модуляционный и контактный шумы, порядка 1/f. Частотные характеристики - зависимость фоточувствительности от частоты модуляции светового сигнала. Это также мера инерционности фотоприёмника. Рабочее напряжение фотоприёмника Uр - напряжение, приложенное к фотоприёмнику, при котором обеспечиваются декларированные номинальные параметры при длительной работе и заданных эксплуатационных условиях. Максимально допустимое напряжение Umax - напряжение, при котором параметры прибора не выходят за пределы допустимых отклонений. В импульсном режиме, как правило, Umax может быть увеличено. Мощность рассеивания - выделяемая при прохождении фототока. Определяет разогрев фотоприёмника. Каждый фотоприёмник характеризуется предельным значением максимальной рассеиваемой мощности, при которой не происходит необратимого изменения Iт и Iф. Темновое сопротивление Rт - сопротивление в отсутствие засветки в диапазоне спектральной чувствительности. Дифференциальное сопротивление RД - DU/DI. Коротковолновая граница спектральной чувствительности (0,1 от максимального значения чувствительности). Динамический диапазон линейности (в дб.) - область значения лучистого потока Ф (от Фmax до Фmin), для которой энергетическая характеристика линейна. При этом Максимум спектральной характеристики фотоприёмника - длина волны, соответствующая максимуму чувствительности. Токовая чувствительность Si (А/лк или А/Вт) - отнесённая к единице падающего потока. Вольтовая чувствительность SU - значение сигнала в В, отнесённого к единице падающего потока. Удельная обнаружительная способность D* (см.Гц1/2Вт-1). Возможность использования фотоприёмника для обнаружения и регистрации предельно малых сигналов: Пороговая чувствительность Рпор - уровень мощности сигнала, при котором сигнал равен шуму. Рпор - S1/2D*-1. Инерционность фотоприёмника характеризует постоянную времени фронта tф и спада tсп фотоответа при импульсной засветке. Связана с предельными рабочими частотами модуляции, при которых ещё не происходит уменьшения фотоответа. Обычно tф<tсп, поэтому tсп и определяет интервал, по истечении которого фотосигнал уменьшается в e раз. Напряжение шума фотоприёмника Uш- среднеквадратичное значение флуктуаций напряжения на заданной нагрузке в цепи фотоприёмкина в указанной частотной полосе. Ток шума фотоприёмника Iш - среднеквадратичное значение флуктуаций тока на заданной нагрузке в цепи фотоприёмника в указанной полосе частот. Эффективная фоточувствительная площадь sЭфф - площадь фоточувствительного элемента по фотосигналу эквивалентная чувствительности некоего фотоприёмника, чувствительность которого равномерно распределена по фоточувствительному элементу, и равная значению локальной чувствительности Smax данного фотоприёмника Эффективное поле зрения фотоэлемента Wэфф - телесный угол, определяемый как Коэффициент фотоэлектронной связи многоэлементного фотоприёмника kфс - отношение Uсигн - с необлучаемого элемента многоэлементного фотоприёмника к Uсигн с соседнего облучённого элемента, определяемый на линейном участке энергетической характеристики и при рабочем напряжении на его электродах. Фоторезисторы
В схеме деления напряжения ФР является одним из плеч делителя напряжения, и схему используют для непосредственного отсчета сигнала (рис. 24). Значение сопротивления нагрузки (Rн) в схеме деления напряжения: Rн = Rт, где Rт – темновое сопротивление ФР. Мостовые схемы включения ПИ широко распространены в измерительной технике. В неосвещенном состоянии ФР мост должен быть уравновешен с учетом постоянной фоновой засветки.Мостовая схема позволяет измерять малые сигналы от объекта при относительно большом фоне, при этом в диагональ моста можно включить высокочувствительные измерительные приборы, что не допускается при прямых измерениях из-за большого начального тока, обусловленного фоновой засветкой.
Для компенсации действия потока фона на ФР применяют дифференциальную схему их включения с неизменным питающим напряжением каждого контура. Дифференциальную схему используют как непосредственную, а также как схему сравнения. В дифференциальной схеме фототоки от фона от обоих ФР текут в противоположных направлениях и при идентичности контуров постоянный ток от фона в Rн будет равен нулю. Фототок в Rн возникает от излучения объекта, которое поступает на один ФР или на оба в противофазе. В случае применения трансформаторной схемы включения ФР получают определенный выигрыш в чувствительности по напряжению за счет того, что к ФР подводят почти все напряжение источника питания.Сопротивление Rн разобщено с цепью питания ФР, и его изменение не сказывается на режиме работы ФР. Кроме того, постоянный фототок от фона не дает падения напряжения на Rн, а оно возникает при наличии модулированного излучения объекта. Фототранзисторы- полупроводниковый ПИ на основе использования внутреннего фотоэффекта, совмещающий в себе свойства ФД и усилительного триода. Различают униполярные и биполярные ФТ. Униполярные ФТ создаются на основе МДП-структур. Биполярный фототранзистор- полупроводниковая структура, в которой существует 2 p-n перехода (см. рис. 35). Его можно представить состоящим из фотодиода и транзистора. Фотодиодом является освещаемая часть перехода база-коллектор. Транзистором - часть структуры, расположенная непосредственно под эмиттером. Возможны три схемы включения фотодиода как двухполюсника, когда один из выводов остаётся свободным: со свободным коллектором, со свободным эмиттером и со свободной базой. Первые из двух схем не отличаются от схемы включения p-n-перехода в фотодиодном режиме. Ток во всех участках равен поэтому
При IКБО<<IФ где h21Э - коэффициент передачи базы: 19. Фотодиоды - полупроводниковые приборы, основанные на внутреннем фотоэффекте, использующие одностороннюю проводимость р - n перехода, при освещении которого появляется э. д. с. (фотогальванический режим) или (при наличии питания) изменяется значение При работе ФД в фотодиодном режиме к нему прикладывают обратное напряжение. В этом случае в отсутствии освещения через р - п переход и сопротивление нагрузки протекает обратный дырочный ток Is. При освещении же n-области через р - n переход и сопротивление нагрузки будет протекать дополнительный дырочный фототок неосновных носителей Iф. Суммарный ток в цепи будет определяться их суммой. Выражение для вольт-амперной характеристики где V - напряжение внешнего источника, e – заряд электрона, k - постоянная Больцмана, Т – температура. Схема включения ФД в фотодиодном режиме приведена на рис. 28, а вольт-амперные характеристики соответствуют области I на рис. 29.
. (Если RH = ∞, то ток во внешней цепи I = 0, а вместо VR в (3) можно подставить значение VХ.Х. - напряжения холостого хода (фото-э. д. с.), тогда . Напряжение холостого хода Vx.x ФД в фотогальваническом режиме изменяется с ростом светового потока по логарифмическому закону и в пределе достигает значения, равного контактной разности потенциалов р - n - перехода. Оптимальное значение нагрузочного сопротивления также как и в случае фотодиодного режима определяется интенсивностью светового потока: Постоянная времени ФД τФД определяется временем пролета носителей от места их генерации под действием освещенности (в тонком поверхностном слое) до р-п перехода, где они рекомбинируют, и постоянной времени схемной релаксации τр (RC- цепочка ФД). Время пролета зависит от структуры ФД и механизма переноса неосновных носителей, образующих фототок.
Полевой фототранзистор. Прибор с p-n-переходом, в функциональном отношении основан на управлении размерами токопроводящей области посредством управления размерами изменения напряжённости поперечного приложенного электрического поля и освещения перехода. Состоит из полупроводникового бруска с омическими контактами на торцах и p-n-переходом на боковой грани - рис. 36.. Боковой p-n-переход (затвор) включается в обратном направлении. Так, между омическими контактами (n- сток, С - исток) протекает по каналу, остающемуся между областями объёмного заряда и противоположной гранью бруска. При изменении отрицательного напряжения UЗ (входная цепь) ширина области объёмного заряда также изменяется. Соответственно изменяется и ток входной цепи.Высокое входное сопротивление (порядка Мом) и p-n-переход включён в обратном направлении. Очень слаба температурная зависимость и велика радиационная стойкость за счёт малой зависимости tp,n, mp,n. Велика предельная частота, т.к. отсутствует инжекция и мала электрическая ёмкость на входе (постоянная времени ~10-7 с). В качестве затвора может быть использован барьер Шотки, который обладает высокой фоточувствительностью в соответствующих областях спектра и обеспечивает высокое быстродействие. Недостатки: нелинейность его энергетических характеристик, так как при больших уровнях потока излучения потенциал затвора становится столь малым, что его изменение уже не влияет на ток стока, который близок к максимальному значению.
U1-2- алгепбраической суммой напряжений на всех участках резистивной цепочки. Тогда 21. Многоэлементные фотоприёмники (МПИ ), работающие без накопления сигнала- называют приемниками «мгновенного действия», имея в виду, что в выходных цепях регистрируются установившиеся значения сигнальных токов и напряжений. МПИ мгновенного действия можно подразделить на две группы: с параллельным и последовательным опросом элементов. МПИ с параллельным опросом. При использовании таких МПИ обеспечивается одновременное подключение всех рабочих элементов к своим каналам усиления,наиболее эффективны в быстродействующих оптико-электронных приборах и системах, например в системах оптической пеленгации. Однако необходимость одновременно подключать все элементы весьма затрудняет реализацию МПИ с большим числом элементов при малом шаге пространственной структуры. В рамках данной группы МПИ наиболее распространены четырехэлементные фотодиоды, которые с успехом используются в качестве быстродействующих координатно-чувствительных фотоприемников в различных оптико-электронных измерительных системах. Такой фотодиод представляет собой четырехэлементный фотоприемник, реализованный на одной подложке. Рабочая площадка фотодиода состоит из четырех квадратных элементов (А, В, С, D). Приборная система координат обычно совмещается с центром рабочей площадки. Чтобы обеспечить условия независимого измерения смещений по двум направлениям, изображение марки целесообразно формировать квадратной формы со стороной, равной стороне одного элемента фотодиода. При этом координаты центра изображения Δх и Δy (отклонения центра марки от центра координат)вычисляют простейшими арифметическими операциями - сложением и вычитанием сигналов, снимаемых с элементарных площадок.
|
|||||
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-12-30; просмотров: 278; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 216.73.217.21 (0.014 с.) |