Фотоприемники

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Фотоприемники

Содержание

2. Статистические параметры фотоприемников: Если на выходе фотоприемника изменяется ток, то фотоприемник характеризуется токовой чувствительностью Si. Токовая
3. Если регистрируемый сигнал на выходе фотоприемника - напряжение, то вводят понятие вольтовая чувствительность – как величина,
4. К фотоприемникам относятся: Фотодиоды Фоторезисторы Фототранзисторы P-I-N Фотодиоды и др. типы
5. Процессы лежащие в основе действия фотоприемников: Генерация носителей под действием внешнего излучения. Перенос носителей и умножение
6. Фотодетекторы должны обладать высокой чувствительностью и быстродействием низким уровнем шумов иметь малые размеры низкие управляющие напряжения
7. Фотодиоды Принцип действия: под действием оптического излучения образуется электронно-дырочная пара и в области пространственного заряда p-n
8. Рассмотрим фотодиод на основе р-п перехода
9. ВАХ фотодиода Iтемн=Io (eßVg - 1) Io = q*Lp*Pno /tp + q*Ln*Npo/tn
10. ∆N,∆P>>Pno,Npo При освещении фотодиода происходит генерация электронно-дырочных пар. Во всем проводнике изменяется концентрация неосновных носителей, следовательно
11. Полный ток в фотодиоде I = IФ + Iтемн Фототок от напряжения не зависит. Область поглощения
13. Расчет полного тока In - обусловлена равновесными и избыточными электронами в р-области Iг - обусловлена термо-
14. Фоторезистор Фоторезистор - это пластина полупроводника, на противоположных концах которого расположены омические контакты. Схема фоторезистора:
15. Поток внутри полупроводника: Фо - падающий поток R - коэффициент отражения a - коэффициент поглощения Sф
16. Работа фоторезистора характеризуется: 1. Квантовой эффективностью (усиление) Поскольку концентрация изменяется по закону: где T -время релаксации,
17. 2. Время фотоответа: зависит от времени пролета. Обычно у фоторезистора время ответа больше, чем у фотодиода,
18. P-I-N Фотодиод P-I-N Фотодиод построен на обычном p-i-n диоде. Эти приборы являются наиболее распространенными, так как
19. Фототранзистор Фототранзистор дейсвует также как и остальные фотодетекторы, однако транзисторный эффект обеспечивает усиление фототока. По сравнению
20. Устройство и эквивалентная схема: Переход база - коллектор играет роль чувствительного элемента. На рисунке он показан
21. Фототранзистор особенно эффективен, так как обеспечивает высокий коэффициент преобразования по току(50% и более). В режиме работы
22. Другие виды фотоприемников
23. На барьере Шоттки В области пространственного заряда диода с барьером Шоттки на основе полупроводника n-типа при
24. На гетеропереходах Полупроводник с более широкой запрещенной зоной используется как окно, которое пропускает оптическое излучение с
25. Лавинные фотодиоды На них подается обратное напряжение, достаточное для развития ударной ионизации в ОПЗ, то есть,
27. Скачать презентацию

Слайд 2

Статистические параметры фотоприемников:
Если на выходе фотоприемника изменяется ток, то фотоприемник характеризуется

токовой чувствительностью Si. Токовая чувствительность – величина, характеризующая изменение тока, снимаемого с фотоприемника при единичном изменении мощности падающего оптического излучения:

Слайд 3

Если регистрируемый сигнал на выходе фотоприемника - напряжение, то вводят понятие

вольтовая чувствительность – как величина, показывающая, на сколько изменится напряжение на выходе фотоприемника, при единичном изменении мощности падающего лучистого потока:

Слайд 4

К фотоприемникам относятся:
Фотодиоды
Фоторезисторы
Фототранзисторы
P-I-N Фотодиоды
и др. типы

Слайд 5

Процессы лежащие в основе действия фотоприемников:
Генерация носителей под действием внешнего излучения.

Перенос носителей и умножение за счет того или иного механизма, характерного для данного прибора.
Взаимодействие тока с внешней цепью, обеспечивающее получение выходного сигнала.

Слайд 6

Фотодетекторы должны обладать
высокой чувствительностью и быстродействием
низким уровнем шумов
иметь

малые размеры
низкие управляющие напряжения и токи.

Слайд 7

Фотодиоды
Принцип действия:
под действием оптического излучения образуется электронно-дырочная пара и в

области пространственного заряда p-n перехода резко возрастает обратный ток фотодиода.
Схема фотодиода:

Слайд 8

Рассмотрим фотодиод на основе р-п перехода

Слайд 9

ВАХ фотодиода
Iтемн=Io (eßVg - 1)
Io = qLpPno /tp + qLnNpo/tn

Слайд 10

∆N,∆P>>Pno,Npo
При освещении фотодиода происходит генерация электронно-дырочных пар. Во всем проводнике

изменяется концентрация неосновных носителей, следовательно возрастает дрейфовая компонента тока, а диффузионная не меняется.

∆N,∆P>>Pno,Npo

∆N,∆P<

IФ = q*Lp*∆P /tp + q*Ln*∆N/tn = I∆PE +I∆NE

Слайд 11

Полный ток в фотодиоде
I = IФ + Iтемн
Фототок от напряжения не

зависит.
Область поглощения светового потока должна принадлежать промежутку (-Lp,n;Lp,n)
ВАХ сдвигаются эквидистантно.

Слайд 12

Слайд 13

Расчет полного тока
In - обусловлена равновесными и избыточными электронами в

р-области Iг - обусловлена термо- и фотогенерацией электронно-дырочных пар в области пространственного заряда p-n перехода Iр - обусловлена дырками в n-области Iт - плотность темнового тока Iф - добавка за счет действия оптического излучения
Вклад в In и Ip дают те носители, которые не рекомбинируют с основными носителями и достигают за счет диффузии p-n перехода.

Слайд 14

Фоторезистор
Фоторезистор - это пластина полупроводника, на противоположных концах которого расположены омические

контакты.
Схема фоторезистора:

Слайд 15

Поток внутри полупроводника:
Фо - падающий поток
R - коэффициент отражения
a - коэффициент

поглощения
Sф - площадь

Слайд 16

Работа фоторезистора характеризуется:
1. Квантовой эффективностью (усиление)
Поскольку концентрация изменяется по закону:

где T -время релаксации, то коэффициент усиления по току выражается:

Слайд 17

2. Время фотоответа: зависит от времени пролета. Обычно у фоторезистора

время ответа больше, чем у фотодиода, поскольку между контактами большое расстояние и слабое электрическое поле.
3. Обнаружительная способность.

Слайд 18

P-I-N Фотодиод
P-I-N Фотодиод построен на обычном p-i-n диоде. Эти приборы

являются наиболее распространенными, так как толщину обедненной области можно сделать такой, что обеспечивается оптимальная квантовая эффективность и быстродействие.

Слайд 19

Фототранзистор
Фототранзистор дейсвует также как и остальные фотодетекторы, однако транзисторный эффект

обеспечивает усиление фототока. По сравнению с фотодиодом фототранзистор более сложен в изготовлении и уступает ему в быстродействии (из-за большей площади).

Слайд 20

Устройство и эквивалентная схема:
Переход база - коллектор играет роль чувствительного

элемента. На рисунке он показан в виде диода с параллельно включенной емкостью, имеет большую площадь

Слайд 21

Фототранзистор особенно эффективен, так как обеспечивает высокий коэффициент преобразования по току(50%

и более). В режиме работы с плавающей базой фотоносители дают вклад в ток коллектора в виде фототока Iph. Кроме того, дырки фотогенерируемые в базе, приходящие в базу из коллектора, уменьшают разность потенциалов между собой и эмиттером, что приводит к инжекции электронов через базу в коллектор.
Общий ток:

Слайд 22

Другие виды фотоприемников

Слайд 23

На барьере Шоттки
В области пространственного заряда диода с барьером Шоттки

на основе полупроводника n-типа при обратном смещении генерируемые электронно - дырочные пары разделяются электрическим полем, и дырки выбрасываются в металлический контакт, а электроны - в базу. Так как ОПЗ имеет малую ширину и примыкает к светоприемной поверхности, то такие фотодиоды обладают высокой квантовой эффективностью и высоким коэффициентом поглощения в области малых длин волн. Оптическое излучение полностью поглощается в ОПЗ фотодиода.

Слайд 24

На гетеропереходах
Полупроводник с более широкой запрещенной зоной используется как

окно, которое пропускает оптическое излучение с энергией, меньшей чем ширина запрещенной зоны без заметного поглощения. И тогда эффективность фотодиода будет зависеть только от того, на каком расстоянии расположен p-n переход от светоприемной поверхности.
Важно использовать гетеропереход с малой величиной обратного темнового тока, которую можно обеспечить, сводя к минимуму плотность граничных состояний, ответственных за появление, например, части тока, обусловленной фотогенерацией электронно-дырочных пар в ОПЗ p-n перехода. Это обеспечивается за счет согласования постоянных решеток обоих полупроводников

Слайд 25

Лавинные фотодиоды
На них подается обратное напряжение, достаточное для развития ударной

ионизации в ОПЗ, то есть, сила фототока, квантовый выход и чувствительность возрастают в М раз (М - коффициент лавинного умножения). Преимущество заключается в том, что они имеют меньшее значение мощности, эквивалентной шуму.

Фотоприемники

Содержание

Статистические параметры фотоприемников: Если на выходе фотоприемника изменяется ток, то фотоприемник характеризуется

Если регистрируемый сигнал на выходе фотоприемника - напряжение, то вводят понятие

К фотоприемникам относятся: ФотодиодыФоторезисторыФототранзисторыP-I-N Фотодиодыи др. типы

Процессы лежащие в основе действия фотоприемников:Генерация носителей под действием внешнего излучения.

Фотодетекторы должны обладать высокой чувствительностью и быстродействием низким уровнем шумов иметь

Фотодиоды Принцип действия: под действием оптического излучения образуется электронно-дырочная пара и в

Рассмотрим фотодиод на основе р-п перехода

ВАХ фотодиодаIтемн=Io (eßVg - 1)Io = q*Lp*Pno /tp + q*Ln*Npo/tn

∆N,∆P>>Pno,Npo При освещении фотодиода происходит генерация электронно-дырочных пар. Во всем проводнике

Полный ток в фотодиодеI = IФ + IтемнФототок от напряжения не

Расчет полного тока In - обусловлена равновесными и избыточными электронами в

Фоторезистор Фоторезистор - это пластина полупроводника, на противоположных концах которого расположены омические

Поток внутри полупроводника:Фо - падающий потокR - коэффициент отраженияa - коэффициент

Работа фоторезистора характеризуется:1. Квантовой эффективностью (усиление)Поскольку концентрация изменяется по закону: