Назначение фотоприемников
Принцип действия, характеристики, параметры фотоприемников, их классификация и разновидности. Спектральная чувствительность данных устройств и факторы, влияющие на нее. Преимущества и недостатки фоторезисторов, способы изготовления, характерные свойства.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 17.08.2014 |
| Размер файла | 248,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Назначение фотоприемников
Фотоприемники. Принцип действия, характеристики, параметры
В качестве фотоприемников могут использоваться различные вакуумные, газоразрядные и полупроводниковые фотоэлектрические приборы, у которых выходным параметром является изменяющийся во времени импеданс ZФD. Наиболее важной категорией являются полупроводниковые фотоприемники.
Принцип действия полупроводниковых фотоприемников основан на использовании внутреннего фотоэффекта в твердых телах. Он заключается во внутреннем освобождении носителей заряда под действием света. При этом поглощаемые полупроводником кванты излучения освобождают носители с примесных уровней или из валентной зоны (рис. 1.15). Соответственно различают
собственную(I) и примесную(2) фотопроводимости. Очевидно, что для каждого из этих видов проводимости характерна некоторая минимальная энергия кванта E = hн, определяющая длинноволновую границу лгр в соответствии с формулой.
где E2-E1 - энергетический зазор при переходе валентная зона - зона проводимости или примесный уровень - зона проводимости. В оптоэлектронике большое значение имеют такие характеристики фотоприемников, как спектральная чувствительность; быстродействие и отношение сигнал/шум.
Поскольку оптоэлектронные генераторы в основном работают в ближней ИК области и имеют узкие спектры излучения» для фотоприемников вид кривой спектральной чувствительности не имеет существенного значения. Важно, чтобы чувствительность прибора Sc была максимальной на данной рабочей длине волны.
Для спектрального диапазона в оптоэлектронике (видимая и близкая инфракрасная области) фотоприемники изготовляются на основе материалов A11BV1(InS, InSe, InxCd1-x, Se, CdS, CdSe, CdTe, CdSx, CdSexTe1-x)
Фотоприемники на основе материалов A11B1V - хорошо согласуются по спектральным характеристикам с электролюминофорами. Область спектральной чувствительности фотоприемников типа CdS и его аналогов (CdTe, CdSe) и твердых растворов на их основе перекрывает всю видимую часть спектра от 400 до 900 нм. Интегральная чувствительность на этих материалах достаточно высока и составляет 0,1…10 А/лм*В,
В результате сопротивление при освещенностях 102 … 103 лк изменяется в пределах 107…108
Уровень допустимой инерционности для стандартных приборов характеризуется значением времени переключения: для стандартных приборов ф= I0-5… 10-8 с; быстродействующих 10-8 …10-10 с; перспективных разработок 10-10 …10-12 - с.
На время переключения существенно влияет сопротивление нагрузки: с его увеличением определяющими становятся процессы перезарядки паразитных емкостей. В то же время уменьшение входных сопротивлений усилителей не позволяет реализовать минимально возможное отношение сигнал/шум. В частности, для достижения порога чувствительности типичных кремниевых фотодиодов необходимы усилители с входным сопротивлением ~ 107 Ом и при этом постоянная времени не может быть менее 10-4…10-5 с.
Фотопроводимость. Спектральная чувствительность
Фотопроводимость, обусловленная освещением полупроводник», определяется равенством
,
где в - квантовый выход;
з - коэффициент поглощения света;
I - интенсивность светового потока;
Un, Up-подвижность электронов и дырок соответственно;
фn,фp - время жизни электронов и дырок соответственно.
Из равенства (6.2) следует, что достаточно высокую светочувствительность имеют полупроводники с высокими значениями подвижности и времени жизни носителей заряда.
Следует отметить, что в оптоэлектронике примесная проводимость проявляется значительно слабее, чем собственная. Причина - низкая концентрация примесных атомов по сравнению с концентрацией атомов основного материала. Поэтому лгр определяется шириной запрещенной зоны полупроводника. В области левее лгр(~ 0,4 мкм для Si и Ge) большинство полупроводников имеет квантовый выход (число генерируемых электронно-дырочных пар при поглощении одного кванта энергии) порядка единицы.
Спектры собственной фоточувствительности S0 однотипны для большинства полупроводников.
Спектральная чувствительность фотодиодов
Классификация фотоприемников.
Рассмотрим основные разновидности полупроводниковых фотоприемных приборов:
- фоторезисторы(ФР),
- фотодиоды,
- p-i-n. структуры,
- приборы с барьером Шоттки,
- гетерофотодиоды,
- фототранзисторы,
- фототиристоры.
Фоторезисторы. Конструкции. Характеристики, параметры.
Фоторезисторы представляют собой двухполюсник, переменным параметром которого является его импеданс ZФD. При этом
Эти приборы, несмотря на быстрый прогресс фотоприемников с p-n переходом, остаются важным средством оптоэлектроники, что обусловлено в основном большим коэффициентом усиления G, определяемым отношением числа электронов во внешней цепи к числу возбужденных фотоэлектронов:
где фпр - время пролета электрона через фоторезистор;
мэфф - эффективное значение относительной магнитной проницаемости;
l - длина активной области;
U - приложенное напряжение.
Параметр G может достигать 103…105. Не менее важным параметром фоторезисторов являются сопротивление в темновом Rт и засвеченном Rф состояниях.
Конструктивно фоторезистор - это объем полупроводника, заключенный между двумя электродами, проводимость которого изменяется под действием падающего излучения. Возможны поперечная и продольная конструкции фоторезисторов (рис. 1.17). В первом случае прикладываемое электрическое поле и возбуждающий свет действуют во взаимно перпендикулярных плоскостях, во втором - в одной плоскости.
фотоприемник фоторезистор спектральный
В продольном варианте необходимо иметь оптически прозрачные контакты.
Поперечный фоторезистор до частот порядка десятков и сотен мегагерц представляет собой оптическое сопротивление.
Спектральные характеристики фоторезисторов определяются типом полупроводника и введенными в него примесями. Максимум спектральной чувствительности находится в пределах 500…1000 нм.
Ширина спектральной характеристики по половинным уровням изменяется в широких пределах в зависимости от примесей.
Характерный недостаток фоторезисторов - значительная инерционность.
Способы изготовления фоторезисторов сводятся к выращиванию монокристаллов, получению объемных порошковых образцов, напылению пленок в вакууме.
Тонкопленочный способ может обеспечить большее быстродействие, однако воспроизводимость и временная стабильность лучше при толстопленочной технологии.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Механизмы поглощения энергии излучения в полупроводниках. Принцип действия полупроводниковых фотоприемников. Характеристики и параметры фотоприемников. Темновое сопротивление, чувствительность, спектральная характеристика, охлаждаемые фотодатчики.
контрольная работа [836,3 K], добавлен 29.08.2013Назначение, конструкция и принцип действия вакуумного выключателя ВВТЭ-10-10/630У2. Свойства и характеристики электротехнических материалов применяемых для изготовления аппарата. Преимущества вакуумных выключателей. Получение, марки и сплавы меди.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 25.05.2012Понятие и классификация полевых транзисторов, их разновидности и функциональные особенности. Входные и выходные характеристики данных устройств, принцип их действия, внутренняя структура и элементы. Физическое обоснование работы и сферы применения.
презентация [2,4 M], добавлен 29.03.2015Понятие и назначение, сферы применения и функциональные особенности контакторов, разновидности и отличительные признаки. Конструкция контактора постоянного и переменного тока. Принцип действия данных устройств. Магнитные пускатели, неисправности, ремонт.
презентация [475,8 K], добавлен 22.11.2010Понятие и главные свойства оптронов как особенных оптоэлектронных приборов, их классификация и разновидности, отличительные признаки. Преимущества и недостатки использования данных приборов, требования к среде и сферы их практического применения.
презентация [237,8 K], добавлен 02.12.2014Принцип устройства и действия тепловой трубки Гровера. Основные способы передачи тепловой энергии. Преимущества и недостатки контурных тепловых труб. Перспективные типы кулеров на тепловых трубах. Конструктивные особенности и характеристики тепловых труб.
реферат [1,5 M], добавлен 09.08.2015Классификация радиоволн по диапазонам и способам распространения. Явление рефракции и дифракции, рассеивания, отражения и преломления. Параметры антенн. Параметры и характеристики передающих и приемных антенн. Применение ДМВ, СМВ, МВ, ММВ и ДММВ.
реферат [444,3 K], добавлен 29.08.2008Виды насосных установок и их назначение. Конструкции и принципы действия устройств их автоматизации. Элементы принципиальной электрической схемы АУ. Эксплуатационные свойства и характеристики центробежных насосов, регулирование их производительности.
реферат [2,2 M], добавлен 11.12.2010Понятие и принцип работы разъединителя, его назначение и взаимодействие составных частей. Сферы использования и значение в цепи отделителя. Преимущества и недостатки масляных выключателей. Разновидности и отличительные признаки приводов, их обозначения.
практическая работа [509,6 K], добавлен 12.01.2010Особенности паровой турбины как теплового двигателя неперерывного действия. История создания двигателя, принцип действия. Характеристики работоспособности паровой турбины, ее преимущества и недостатки, область применения, экологическое воздействие.
презентация [361,8 K], добавлен 18.05.2011Принцип действия биполярного транзистора. Его статические характеристики и эксплуатационные параметры. Температурные и частотные свойства транзистора. Эквивалентные схемы полевых транзисторов. Схематическое изображение ПТ с изолированным затвором.
лекция [460,9 K], добавлен 15.03.2009Трансформаторы: общие сведения, их классификация и маркировка. Конструктивные особенности трансформаторов. Вакуумные выключатели, их преимущества и недостатки. Принцип действия отделителей и короткозамыкателей. Разъединители внутренней установки.
реферат [9,0 M], добавлен 07.01.2011История создания химических источников тока, их классификация, устройство и принцип действия. Виды гальванических элементов: электрические аккумуляторы и топливные устройства. Эксплуатация и регенерация батарей, их основные преимущества и недостатки.
курсовая работа [11,0 M], добавлен 29.05.2009Определение назначения регенеративных теплообменных аппаратов как устройств, обеспечивающих нагрев или охлаждения материальных потоков, их преимущества и недостатки. Устройство и преимущества люминесцентных светильников. Энергоемкость галогенных ламп.
реферат [46,7 K], добавлен 27.05.2013Принцип действия и назначение счетчика Гейгера–Мюллера, расшифровка его принципиальной схемы и выполняемые функции. Методы проверки счетчика, требования к качеству. Разновидности счетчиков и порядок их самостоятельного изготовления в домашних условиях.
реферат [474,7 K], добавлен 28.09.2009История открытия и создания двигателей постоянного тока. Принцип действия современных электродвигателей. Преимущества и недостатки двигателей постоянного тока. Регулирование при помощи изменения напряжения. Основные линейные характеристики двигателя.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 14.01.2018Понятие и назначение защитного заземления и зануления производственного оборудования, области их практического применения. Системы оповещения при пожаре и принцип их действия. Сравнительная характеристика разных извещателей, их преимущества и недостатки.
контрольная работа [605,3 K], добавлен 16.02.2011Метрологическое обеспечение контроля электрических величин. Параметры и свойства измерительной техники: показания средств измерений; градуировочная характеристика; разрешающая способность, диапазон, предел, чувствительность. Методика выполнения измерений.
презентация [175,0 K], добавлен 31.07.2012История развития представления о жидких кристаллах. Жидкие кристаллы, их виды и основные свойства. Оптическая активность жидких кристаллов и их структурные свойства. Эффект Фредерикса. Физический принцип действия устройств на ЖК. Оптический микрофон.
учебное пособие [1,1 M], добавлен 14.12.2010Источники рентгеновского излучения, основные факторы, влияющие на его интенсивность, характер действия на человека. Способы охлаждения при больших мощностях трубок, оценка их практической эффективности. Разновидности, порядок рентгеновских исследований.
реферат [29,6 K], добавлен 11.01.2011
