Большая энциклопедия техники

Коллектив авторов

Главными параметрами фоторезистора являются: интегральная чувствительность, которая определяется при номинальном значении напряжения питания как отношение изменения напряжения на единицу мощности падающего излучения и составляет 10³—10⁸ В/Вт; порог чувствительности – величина минимального сигнала, фиксируемая фоторезистором, отнесенная к единице полосы рабочих частот, достигает 10—12 Вт/Гц^1/2. Постоянная времени, которая характеризует инерционность фоторезистора, лежит в пределах 10^{– 3}—10^{– 8} с. Для расширения рабочего диапазона длин волн принимаемого излучения и увеличения порога

чувствительности фоточувствительный слой некоторых фоторезисторов охлаждают.

Фототиристор

Фототиристор – тиристор, перевод которого в состояние с высокой проводимостью производится световым воздействием.

При освещении фототиристора в полупроводнике образуются парные носители заряда (дырки и электроны), которые разделяются электрическим полем электронно-дырочных переходов. Вследствие чего через р-n-переходы начинают протекать токи, которые играют роль токов управления.

Конструктивно фототиристор представляет собой светочувствительный монокристалл с р-n-р-n-структурой, как правило, из кремния, находящийся на медном основании и закрытый герметичной крышкой с предназначенным для прохождения света окном. Широкое распространение получили конструкции с освещаемой р– базой и с освещаемым n-эмиттером.

Пригодные для управления фототиристором источники излучения – импульсные газоразрядные лампы, электрические лампы накаливания, квантовые генераторы, светоизлучательные диоды и др. Величина светового потока, который необходим для перевода фототиристора в состояние с высокой проводимостью, определяет чувствительность устройства; она зависит от спектрального состава излучения, коэффициента поглощения и отражения монокристалла, а также определенных значений электрических параметров фототиристора: скоростью нарастания прямого напряжения, напряжением переключения и т. д.

Современные фототиристоры производят на токи от нескольких мА до 500 А и напряжения от нескольких десятков В до 3 кВ. Мощность управляющего светового излучения составляет порядка 1—10² мВт. Фототиристоры используются в различных устройствах защиты и автоматического управления, а также в мощных высоковольтных преобразовательных устройствах.

Фототранзистор

Фототранзистор – транзистор, как правило, биполярный, в котором инжекция неравновесных носителей производится на базе внутреннего фотоэффекта; служит для преобразования световых сигналов в электрические с параллельным усилением электрических сигналов. Фототранзистор представляет собой монокристаллическую полупроводниковую пластину, изготовленную из Ge или Si, в которой с помощью специальных технологических приемов созданы три области, они называются, как и в простом транзисторе, базой, коллектором и эмиттером, причем база, в отличие от транзистора, в большинстве случаев вывода не имеет. Кристалл устанавливается в защитный корпус с прозрачным входным окном. Включение во внешнюю электрическую цепь фототранзистора подобно включению биполярного транзистора, изготовленного по схеме с нулевым током базы и общим эмиттером. При попадании света на базу либо коллектор в ней появляются парные носители зарядов (дырки и электроны), они разделены электрическим полем коллекторного перехода. В конце концов в базовой области скапливаются основные носители, что приводит к увеличению тока через фототранзистор по сравнению с током, который обусловливается переносом только тех носителей, появившихся непосредственно под воздействием света, и понижению потенциального барьера эммитерного перехода.

Основными характеристиками и параметрами фототранзистора, как и других фотоэлектрических приборов (фотоэлемента, фотодиода), являются:

1) интегральная

чувствительность – отношение фототока к падающему световому потоку. У наилучших образцов фототранзисторов, например, изготовленных по диффузионной планарной технологии, она достигает порядка 10 А/лм;

2) спектральная характеристика – зависимость отношения чувствительности к монохроматическому излучению от длины волны данного излучения, которая позволяет, в частности, установить длинноволновую границу использования фототранзистора; данная граница зависит прежде всего от ширины запрещенной зоны полупроводникового материала, для кремниевого – 1,1 мкм, для германиевого фототранзистора составляет 1,7 мкм;

3) постоянная времени, которая характеризует инерционность фототранзистора, не превышает нескольких сотен мкс. Помимо этого, фототранзистор характеризуется коэффициентом усиления первоначального фототока, который достигает 10²—10³ раз.

Высокие временная стабильность параметров, чувствительность и надежность фототранзистора, а также его небольшие габариты и сравнительная простота конструкции позволяют широко применять фототранзисторы в системах контроля и автоматики – в качестве элементов гальванической развязки, датчиков освещенности и т. д. С 70-х гг. XX в. конструируются полевые фототранзисторы, являющиеся аналогами полевых транзисторов.

Фотоэлектронный умножитель

Фотоэлектронный умножитель – электровакуумный прибор, в котором поток электронов, эмитируемый фотокатодом под воздействием оптического излучения, в результате вторичной электронной эмиссии усиливается в умножительной системе; ток в цепи анода намного превышает первоначальный фототок (как правило, в 10⁵ раз и выше). Изначально был разработан и предложен в период 1930—1934 гг. Л. А. Кубецким. Самыми распространенными являются фотоэлектронные умножители, в которых усиление электронного потока производится при помощи системы дискретных динодов – электродов жалюзийной, коробчатой или корытообразной формы с круговым либо линейным расположением, имеющих коэффициент вторичной эмиссии s > 1.

В подобных фотоэлектронных умножителях для фокусировки и ускорения электронов катодной камере, которая собирает электроны, вылетевшие с фотокатода, в пучок и ориентирующей этот пучок на вход динодной системы, аноду и динодам передают определенные потенциалы относительно фотокатода с помощью высоковольтного источника напряжением 600—3000 В.

Помимо электростатической фокусировки, в фотоэлектронных умножителях иногда используют магнитную фокусировку и фокусировку в скрещенных магнитном и электрическом полях.

Существуют также фотоэлектронные умножители с умножительной системой, они представляют собой непрерывный распределенный динод – одноканальный, имеющий вид канала (трубки) с активным слоем на ее внутренней поверхности, который обладает распределенным электрическим сопротивлением, либо многоканальный, изготовленный из микроканальной пластины. При подключении канала к источнику высокого напряжения в нем возникает электрическое поле, которое ускоряет вторичные электроны, многократно соударяющиеся с внутренними стенками канала и вызывающие при каждом столкновении с поверхности активного слоя вторичную электронную эмиссию.

Фотокатоды фотоэлектронных умножителей изготавливают из полупроводников на базе соединений элементов I или III группы Периодической системы Менделеева с элементами V группы. Полупрозрачные фотокатоды, как правило, наносят на внутреннюю поверхность входного окна стеклянного баллона фотоэлектронного умножителя.

Для производства дискретных динодов применяют следующие материалы: эпитаксиальные слои GaP на Mo, обработанные O₂; сплавы CuAlMg, CuBe; Cs₃Sb, наносимый в виде слоя на металлическую подложку и др.