Фотоприемники на основе внутреннего фотоэффекта

К ФП па основе внутреннего фотоэффекта относятся фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, МДП-фотоприемники и другие полупроводниковые ФП. Для измерения энергетических параметров излучения более широкое распространение получили фотодиоды (ФД) и .фоторезисторы (ФР).

Общее выражение для абсолютной спектральной чувствительности ФР может быть представлено в виде

(7)

где е — заряд электрона; V — объем освещенной части полупроводника; Q —квантовый выход внутреннего фотоэффекта; м — подвижность фотоносителей; ф — время жизни фотоносителей; l — расстояние между контактами; U —напряжение, приложенное к ФР, В.

Если время пролета между контактами носителей, генерируемых излучением, оказывается меньше времени жизни ф, ФР является ФП с внутренним усилением. Такой режим возможен при больших приложенных напряжениях и при определенной конструкции ФР.

Спектральный диапазон чувствительности ФП на основе внутреннего фотоэффекта (как ФР, так и ФД) определяется шириной запрещенной зоны материала, из которого изготовлен ФП, глубиной залегания примесных уровней и запрещенной зоне. Успехи в технологии полупроводниковых материалов и полупроводниковых приборов позволили создать ряд ФП, перекрывающих диапазон от УФ до дальнего ИК излучения.

В настоящее время хорошо отработана технология получения ряда двойных и некоторых тройных полупроводниковых соединений. Фотоприемники, изготовленные на основе тройных полупроводниковых соединений СdxHg1-xTe, РbxSn1-xТе позволяют плавно перекрывать диапазон длин волн от 0,5 до 25 мкм в зависимости от соотношения компонентов в соединении. Практически все такие ФП охлаждаемые, что вызывает дополнительные трудности при использовании их в измерительной аппаратуре в качестве ПИП.

Для более далекого ИК диапазона разработаны ФР на основе примесного Ge. В зависимости от легирующей примеси область спектральной чувствительности простирается до 150 мкм. Примесные германиевые приемники работают при глубоком охлаждении {4—5 К), и их применение в СИ широкого применения весьма затруднено.

Несмотря на столь широкий спектральный диапазон современных ФП, изготовленных на остове полупроводниковых соединений и примесных элементарных полупроводников, применение их для измерений энергетических параметров лазерного излучения ограничено. Это связано с их большой инерционностью, невысокой чувствительностью и сложностью применения в аппаратуре из-за низких рабочих температур.

В настоящее время благодаря разработке большого числа ФП (в основном ФД) на основе Ge и Si хорошо освоенным можно считать видимый и ближний ИК диапазоны оптического излучения.

Эти полупроводниковые приемники, в отличие от рассмотренных ранее, не требуют охлаждения. Вид типичных спектральных характеристик ФД, изготовленных из Ge и Si, показан на рис. 1.

Германиевые ФД работают в спектральном диапазоне 0,3—1,8 мкм, кремниевые — в диапазоне 0,4—1,2 мкм, максимум спектральной характеристики для германия — в области лmax=1,5 мкм, для кремния — в области лmax=0,8—0,9 мкм.

С помощью специальной технологии удается оптимизировать спектральные характеристики фотодиодов как в коротковолновой, так и в длинноволновой области спектра. Использование ФП с расширенным спектральным диапазоном в СИ весьма перспективно. Применение таких ФП с подобранными коррегирующими фильтрами позволяет сделать их малоселективными в определенном спектральном интервале и дает возможность измерять энергетические параметры без учета неравномерности спектральной чувствительности.

В настоящее время технология изготовления ФП из кремния освоена и отработана в большей степени, чем из германия. Это обусловило появление в последнее время широкого ассортимента кремниевых ФД различных типов.

Абсолютная спектральная чувствительность ФД

, (8)

где R — коэффициент отражения; Т— коэффициент пропускания окна прибора; Q — квантовый выход; г — коэффициент собирания носителей; л — длина волны излучения.

Познавательно о обучении:

Модель проектного обучения
Данная модель сложилась на основе метода проектов, который возник еще в 20-е годы нынешнего столетия в США. Его называли также методом проблем, и связывался он с идеями гуманистического направления в философии и образовании, разработанными американским философом и педагогом Дж. Дьюи, а также его уч ...

Методы психологического воздействия на учащихся
Если исходить из необходимости уточнения понимания того, что обозначается словосочетанием «психологическое воздействие», то соотносимое с ним явление проявляется весьма разнообразно. На уровне бытового сознания психологическое воздействие чаще всего понимается как воздействие чего-то нематериальног ...

Создание качественных образовательных электронных изданий и ресурсов
С каждым днем все большее количество педагогов сталкивается не только с использованием образовательных электронных изданий, но и с их разработкой. Это вовсе не означает, что в обязанности или повседневную работу учителя должна войти систематическая разработка средств информатизации промышленного ка ...