80 Фотодиоды.

Фотодиоды представляют собой по­лупроводниковые диоды, в которых ис­пользуется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током фотодиодов. Под воздействием света на электронно-дырочный переход и прилегающие к нему области происхо­дит генерация пар носителей заряда, проводимость диода возрастает и обрат­ный ток увеличивается. Такой режим работы называется фотодиодным (рис. 13.3). Вольт-амперные характери­стики I =f(U) при Ф = const для фото­диодного режима . Если светового потока нет, то через фотодиод протекает обычный начальный обратный ток I₀, который называют темновым. А под действием светового потока ток в диоде возраста­ет и характеристика располагается вы­ше. Чем больше световой поток, тем больше ток. Повышение обратного на­пряжения на диоде незначительно уве­личивает ток.

Имеются несколько разновидностей фотодиодов. У лавинных фотодиодов происходит лавине размножение носителей в n-p переходе и за счет этого в десятки раз возрастает чувствительность. В фотодиодах с барьером Шотки имеется контакт полупроводника с металлом. Это диоды с повышенным быстродействием. Улучшенными свойствами обладают фотодиоды с гетеропереходами.

81Фототранзисторы.

Значительно выше по сравнению с фотодиодами интегральная чувствитель­ность у фототранзисторов. Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, но в корпусе его сделало прозрачное «окно», через кото­рое световой поток может воздейство­вать на область базы. Схема включения биполярного фототранзистора типа р — п — р со «свободной», т. е. никуда не включенной, базой, приведена на рис. 13.10, Как обычно, на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном — обратное. Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей заряда — электронов и дырок. Они диффундирую! к коллектор­ному переходу, в котором происходит их разделение так же, как и в фото­диоде. Дырки под действием поля кол­лекторного перехода идут из базы в кол­лектор и увеличивают ток коллектора. А электроны остаются в базе и повы­шают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию дырок в этом переходе в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток кол­лектора. В транзисторе типа п — р — п все происходит аналогично. Параметры фототранзисторов — ин­тегральная чувствительность, рабочее напряжение (10—15 В), темновой ток (до сотен микроампер), рабочий ток (до десятков миллиампер), максимальная допустимая рассеиваемая мощность (до десятков милливатт), граничная частота.

82.Светоизлучающие диоды.

В качестве малоинерционных полу­проводниковых источников излучения все шире применяются светоизлучаю-щие диоды (светодиоды), работающие при прямом напряжении. Иногда их называют инжекционными светодиода-ми. А свечение, возникающее в свето-диодах, относят к явлению так назы­ваемой инжекционной электролюмине­сценции.

При прямом напряжении в полупроводниковом диоде происходит инжекция носителей за­ряда из эмиттерной области в область базы. Например, если концентрация электронов в n-области больше, чем кон­центрация дырок в р-области, т. е. п_n > > р_р, то происходит инжекция электро­нов из n-области в р-область. Инжек­тированные электроны рекомбинируют с основными носителями базовой об­ласти, в данном случае с дырками р-области. Рекомбинирующие электроны переходят с более высоких энергети­ческих уровней зоны проводимости, близких к ее нижней границе, на более низкие уровни, расположенные вблизи верхней границы валентной зоны (рис. 13.15). При этом выделяется фо­тон, энергия которого почти равна ши­рине запрещенной зоны W, т. е. .

Основные параметры светодиодов следующие:

1. Сила света, измеряемая в канделах и указываемая для определенного значения прямого тока. У светодиодов сила света обычно составляет десятые юли или единицы милликандел. Напом­ним, что кандела есть единица силы света, испускаемого специальным стан­дартным источником.

2. Яркость, равная отношению силы света к площади светящейся поверхно­сти. Она составляет десятки — сотни кандел на квадратный сантиметр.

3. Постоянное прямое напряжение 2-3 В).

4. Цвет свечения и длина волны, соответствующие максимальному свето­вому потоку.

5. Максимальный допустимый по­стоянный прямой ток. Обычно он со­ставляет десятки миллиампер.

6. Максимальное допустимое посто­янное обратное напряжение (единицы вольт).

7. Диапазон температур окружающей среды,

Важной характеристикой является диаграмма направленности из­лучения, которая определяется конструк­цией диода, в частности наличием лин­зы, и другими факторами. Излучение может быть направленным или рассеян­ным (диффузным).