Короткі відомості про різні групи приймачів оптичного випромінювання

1. Фотоелектричні приймачі випромінювання

Фоторезистори є простими напівпровідниковими структурами з одним типом провідність, у яких під дією падаючих на них оптичне випромінювання відбувається зміна провідності внаслідок утворення в них носіїв заряду (електронів і дірок) і переходу електронів з валентної зони в зону провідності (фоторезистори з власною фотопровідністю), з валентної зони на домішковий рівень або з домішкового рівня в зону провідності (фоторезистори з домішковою фотопровідністю).

Фотодіоди є монолітними структурами, що містять дві області, з різними типами провідність (n- і р- типу), що утворює область об'ємного заряду (звану р-n переходом). Під дією фотодіода оптичного випромінювання, що падає на одну з областей, його вольт-амперна характеристика змінюється.

Лавинні фотодіоди мають властивість внутрішнього посилення фотоструму, який протікає через освітлений р-n перехід. Механізм їх роботи заснований на використанні лавиноподібного наростання числа носієм заряду, що утворюються внаслідок ударної іонізації в р-n переході, ширина якого більше довжини вільного пробігу неосновних носіїв заряду. Необхідна енергія для збудження валентних електронів неосновних носіїв, що втягуються в область р-п переходу, надається шляхом створення в ній відповідною напруженості електричного поля.

Фототранзистор містить два р-n переходу (один з яких включений в прямому, а інший - в зворотному напрямах) і має властивість внутрішнього посилення електричного сигналу, що виникає під дією світла, що падає на одну з його областей (базу).

Фотоелементи напівпровідникові складаються з двох контактуючих матеріалів (метал - напівпровідник, напівпровідник - напівпровідник), які в контактній області створюють замикаючий шар, діючий по аналогії з р-n переходом фотодіода. При освітленні напівпровідника в ньому утворюються збудженні носії заряду, що розділяються і переміщувані замикаючим шаром до різних електродів, внаслідок чого між останніми виникає різність потенціалів, в тому числі фото - ЕДС.

Фотоприймальний пристрій складається з одного або безліч фоточутливих елементів, що перетворюють оптичне випромінювання в електричний сигнал, і схеми попередньої обробки фотосигналу (наприклад, схем сполучення, посилення, комутації, стабілізації робочої точки та ін.), об’єднанні в єдиний корпус і виконаних на основі гібридної або інтегральної технології. Як фоточутливі елементи ФПП можуть використовуватист фоторезистори, фотодіоди, фототранзистори і фоточутливі МДП - структури. Залежно від числа фоточутливих елементів ФПП діляться на одноелементні і багатоелементні, а від способу знімання сигналу - на ФПП з розділеними каналами і ФПП з внутрішньою комутацією.

На початку 70-х років з'явилися багатоелементні фоточутливі МДП - структури, з яких функція комутації сигналу здійснюється в самому об'ємі напівпровідникового фоточутливого матеріалу, - так звані фоточутливі прилади з перенесенням заряду (ФППЗ). Вони призначені для перетворення оптичного випромінювання (зображення) в електричний сигнал, дія якого заснована на формуванні і ефективному перенесенні дискретних фотозгенерованих зарядових пакетів усередині напівпровідникового матеріалу.

Відомі дві найбільш поширені різновиди ФППЗ - фоточутливі прилади із зарядовим зв'язком (ФПЗЗ) і фоточутливі прилади із зарядовою інжекцією (ФПЗІ).

У ФПЗЗ зарядові пакети передаються до вихідного пристрою внаслідок спрямованого переміщення потенційних ям в об'ємі напівпровідника при подачі на його електроди у відповідній послідовності тактових імпульсів.

У ФПЗІ переміщення зарядового пакету відбувається тільки усередині фоточутливого елементу з наступною його інжекцією в підкладку або в область стоку заряду. Залежно від розташування фоточутливих елементів ФППЗ бувають лінійні (елементи розташовані в один ряд) і матричні (елементи організовані в матрицю по рядках і стовпцях).