Фотоприёмники с внутренним усилением

Рассмотрим основные принципы работы оптоэлектронных приборов, в которых происходит усиление фототока.

Лавинный фотодиод. Для увеличения чувствительности фотодиода может использоваться эффект лавинного умножения носителей в области объёмного заряда p-n-перехода. В качестве лавинных диодов используются p-i-n-, Шоттки и гетероструктуры. При напряжениях, превышающих напряжение лавинного пробоя, фотоносителиускоряются сильным электрическим полем обеднённой области перехода. При этом они получают энергию, превышающую энергию ионизации атомов полупроводника. Сталкиваясь затем с нейтральными атомами, они вызывают увеличивающееся в геометрической прогрессии рождение электронов и дырок, что усиливает первоначальный фототек.

Коэффициент умножения определяется отношением полного тока на выходе к начальному току ,состоящему из фототока и темнового тока: . Выходной ток также состоит из умноженных фототока и темнового тока , следовательно, коэффициент умножения: (4.6).

Очевидно, что большие значения коэффициента умножения и фото чувствительности могут быть получены только при малом темновом токе .Так как темновой ток кремниевых диодов много меньше, чем германиевых, то и коэффициент умножения у них больше (для кремниевых , для германиевых ). К недостаткам лавинного фотодиода следует отнести, во-первых, зависимость М от интенсивности света (нелинейность энергетической характеристики) и, во-вторых, жесткие требования к стабильности питающего напряжения (0,01... 0,02%), так как М сильно зависит от напряжения.

Фототранзисторы. Фототранзистор обычно работает в схеме с отключенной базой (рис. 4.8, а).

Поскольку коллекторный переход включен в обратном направлении, то все приложенное напряжение падает на нем, и в первый момент после включения ток в цепи равен обратному току отдельно взятого коллекторного перехода . Этот ток состоит из тока дырок из базы в коллектор и тока электронов из коллектора в базу.

Уход из базы дырок и приход в неё электронов приводят к образованию отрицательного заряда в базе. Вследствие этого потенциальный барьер эмиттера понижается и, для компенсации отрицательного заряда, в базу из эмиттера входят дырки. Часть инжектированных из эмиттера дырок, равная (коэффициент передачи тока в схеме с общей базой), проходит "по инерции" через базу в коллектор. Т.е. в компенсации участвует только часть тока дырок эмиттера , равная . Из условия электронейтральности ток, образующий заряд, должен быть равен току, его компенсирующему, т. е. .

Ток во всех участках последовательной цепи одинаков, поэтому и . (4.7).

Под действием света в базе генерируются фотоносители, которые затем разделяются коллекторным переходом (рис. 4.8). Как отмечалось при рассмотрении фотодиода, фототок увеличивает обратный ток р-n-перехода, включенного в обратном направлении. В данном случае фототок коллекторного перехода суммируется с обратным током коллектора, поэтому в формуле для тока транзистора (4.7) вместо следует поставить : . (4.8).

Очевидно, что в транзисторе, включённом по схеме с отключённой базой, фототок усиливается в раз по сравнению с фотодиодом. Обычное значение этой величины от 20 до 100.

1. Викулин И. М. «Электрофизика». Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по курсу физики. – Одесса: УГАС, 1996, 110 с.

2. Викулин И. М., Горбачёв В. Э. «Электрофизика (часть ІІ)». Конспект лекций для самостоятельной работы студентов по курсу физики. – Одесса: УГАС, 1998, 119 с.

3. Годжаев Н. М., Оптика. – М., «Высшая школа», 1977, 432 с.

4. Викулин И. М., Стафеев В. И. Физика полупроводниковых приборов. – М.: Радио и связь, 1990, 270 с.

5. Анисимова И. Д., Викулин И. М., Курмашев Ш. Д. Полупроводниковые фотоприёмники. – М.: Радио и связь, 1984, 216 с.

6. Викулин И. М., Ирха В. И., Панфилов М. И. Полупроводниковые модуляторы ИК излучения. – Одесса: УГАС, 1995, 49 с.

Дата добавления: 2015-08-05