6.4. Фототранзисторы

Это полупроводниковые приборы с двумя электронно-дырочными переходами, ток которых увеличивается за счет подвижных носителей заряда, образующихся при воздействии све­тового излучения.

Принципиальное устройство приведено на рис. 6.8.

Рис. 6.8

При воздействии светового потока на область базы генерируются пары электрон-дырка, которые раз­деляются полем эмиттерного и коллекторного переходов на два по­тока: электроны двигаются к эмиттерному переходу, дырки – к кол­лекторному. Подходя к эмиттерному переходу электроны снижают его потенциальный барьер, вследствие чего происходит дополнительная инжекция дырок из эмиттера и вследствие этого – увеличение тока кол­лектора. Коэффициент усиления фототока определяется выражением:

K_iф = 1/ (1– h_21б ) (6.1)

Вольт-амперная характеристика приведена на рис. 6.9.

Рис. 6.9

В отличие от обычного транзистора параметром является не ток базы, а величина светового потока.

6.5. Фототиристоры

Фототиристор имеет следующее устройство (рис. 6.10).

Рис. 6.10 Цифрой 1 обозначено прозрачное покрытие, 2 – диэлектрический слой, 3,4 – эмиттерные области, 5,6 – базовые области, 7 – выводы.

Световой поток через прозрачное покрытие 1 проникает в область базы и генерирует дополнительное число носителей заряда. Эти носители понижают потенциальный барьер эмиттерного перехода, что вызывает дополнительную инжекцию носителей заряда, в дальней­шем процессы протекают так же, как и в обычном тиристоре. Во вклю­ченном состоянии сопротивление фототиристора – единицы и доли ом, в выключенном – сотни килоом.

На рис. 6.11 приведено семейство характеристик при различных уровнях управляющего светового потока Ф. Фототиристор можно представить соединением фотодиода VD с тиристором VT.

Рис. 6.11

Основные параметры фототиристора:

1). Пороговый поток Ф_пор. или Р_пор;

2). Минимальная длительность импульса светового потока;

3). Время включения и выключения;

4). Рабочая длина волны;

5). Максимально допустимая скорость нарастания выходного напряжения dU_вых/dt;

6). Максимально допустимый выходной ток I_вых.max.

7). Максимальное рабочее напряжение.

Величину порогового светового потока можно изменить в некото­рых пределах, регулируя величину тока управляющего электрода.

6.6. Полевые фототранзисторы

Устройство фототранзистора напоминает устройство обычного полевого транзистора, с тем отличием, что область канала засве­чивается (рис. 6.12, а), где 1– прозрачное покрытие, 2 – диэлектрический слой, 3 – область истока -типа, 4 – канал n-типа, 5 – область затвора р-типа, 6 – область стока -типа, 7– выводы.

а б

Рис. 6.12

Падающий световой поток Ф генерирует неравновесные носители в области затвора 5, и р-n- перехода «затвор-канал». Электри­ческое поле этого перехода разделяет неравновесные носители. В це­пи затвора появляется фототок I_Ф. Он создает на резисторе R_H па­дение напряжение ΔU₃ = I_Ф.R_H. При этом напряжение на затворе увеличивается, ток стока изменяется на ΔI_c = SΔU₃ = SI_ФR_H, где S – крутизна стокозатворной характеристики. Проводимость кана­ла возрастает, и при этом уменьшается напряжение стока на ΔU_c. Изменение напряжения стока является выходным электри­ческим сигналом, т.е. фототранзистор полевой эквивалентен фотоди­оду затвор – канал и усилительному полевому транзистору с управляю­щим р-n- переходом (рис. 6.12, б).

Параметрами полевых фототранзисторов являются:

1. Дифференциальная чувствительность по току:

S_IФ = I_C / ∂Ф ≈ SR_H∆I_Ф / ∆Ф = SR_HS_iФД = МS_iФД (6.2)

где S_{IФД –} токовая чувствительность эквивалентного фотодиода затвор–канал, достигает 20…25 А / лм, т.е. в М раз выше, чем чувствительность эквивалентного фотодиода.

2. Входное сопротивление 10⁶ … 10⁸ Ом.

3. Постоянная времени затвор – канал τ_З≈R_HС_пер, где С_пер – емкость перехода затвор – канал; τ₃ = 10^-7 с.

4. Темновой ток фототранзистора состоит из тока утечки р-n- перехода и предпо-

рогового тока канала. Его величина – единицы и доли наноампера.

5. Пороговый поток или пороговая мощность