|
| |
|
Слаботочка Книги J k 5 3. 9ff a) 1 J ij> у A [Z3 IZJ U" 5 j I I I I ® Рис. 6.12. Биполярные фототранзисторы: о-стандартная конструкция (/- п+-п-коллектор (подложка); 2 - р-база; 3 - п-эмиттерс 4 - защитный окисел; 5 - антиотражающее покрытие); б -схема продольного фототран-вистора; в - гетерофототранзистор (/- п+-1пР-эмиттер с кольцевым электродом; 2~р InGaAsP-база; 3 - п+-п-1пР-коллектор (подложка)); г, 5 - эквивалентная схема и семейство вольт-амперных характеристик фототранзистора /л Вс /ф б - Бет фд изл - 5фт изл» (6.48) где Бет - статический коэффициент усиления транзистора, 5фд- чувствительность диодной части фототранзистора (переход коллектор- база), 5фт - чувствительность фототранзистора, /ф.б - фототок базы. Учитывая, что 5фд обычно лишь в несколько раз меньше, чем у оптимально сконструированного фотодиода (это в основном обусловлено малой толш;иной активного слоя), а Bct= =50... 200, получаем, что чувствительрюсть фототранзистора на 1... 2 порядка больше, чем у аналогичного фотодиода. Еш;е большее усиление (Вст= ... 10) может быть получено в составном фототранзисторе («фотодарлингтоне»). Однако нронорционально величине Вст возрастают и времена переключения, типичные значения которых составляют 1 ... 5 мкс у обычных и 10... 100 мкс у составных фототраизисторов. Анализ эквивалентной схемы фототранзистора (рис. 6.12,г) показывает, что она может быть нредставлена в виде фотодиода и транзистора, соединенных внешней цепью. Этим и объясняется перснективность интегральных фотоприемников, в частности, диодно-транзисторных, описанных выше. Одну из интересных и полезных в ряде случаев конструктивных разновидностей представляет собой продольный фототранзистор (рис. 6.12,6), в котором кольцевой коллектор окружает эмиттер в фотоприемной плоскости. Его особенности: дополнительная симметрия в транзисторах, изготавливаемых на той же подложке {р-п-р-тяпа при стандартном п-р-п), простота конструкции, значительно отличающаяся геометрия активных областей и внешних электродов. Фототиристор (рис. 6.1-3) представляет собой фотоприемник транзисторного типа с ключевой пороговой характеристикой. Засветка базовой области и генерация в ней избыточных носителей приводят к переключению четырехслойной структуры из запертого состояния в открытое точно так же, как при протекании управляющего тока. Повышение чувствительности фототиристора ведет обычно к снижению максимального рабочего напряжения в закрытом состоянии, а также к возрастанию роли паразитного «эффекта dU/dt». Основное достоинство фототиристоров - способность переключения значительных токов и напряжений слабыми световыми сигналами - используется в устройствах «силовой» оптоэлектроники, таких как системы управления выпрямителями и преобразователями, контроля высоковольтных линий электропередачи, управления исполнительными механизмами в автоматике и промьппленной электронике. От составных фототранзисторов фототиристоры отличаются большими значениями коммутируемых токов и напряжений, а также лучшим быстродействием (10... 30 мкс). По виду вольт-амперных характеристик и системе основных параметров к фототи- Рис. 6.13. Устройство (а), эквивалентная схема (б) и вольт-амперная характеристика (в) фотогирисюра рис орам примыкают фоточувствительные: однопереходные транзисторы, динисторы, симисторы, S-диоды, диоды Ганна. Заметного распространения, однако, перечисленные приборы не получили. МДП-транзисторы (рис. 6.14) получают все большее развитие в связи с общей тенденцией доминирования МДП-технологии. Различают два их основных варианта. В первом излучение (0i на рис. 6.14,а) через полупрозрачный электрод затвора проникает в область канала и генерирует в нем избыточные фотоносители. Следствием этого является изменение порогового напряжения формирования инверсионного канала и крутизны передаточной характеристики, что и используется последующей схемой обработки фотосигналов. Второй вариант, значительно более распространенный, представляет собой интегральный фотоприемник, состоящий из р-п-фотодиода истоковой области (на который и воздействует излучение на рис. 6.14,а) и МДП-транзистора. Часто такой прибор называют МДП-фотодиодом. Характерное конструктивное отличие такого фотоприемника от обычного МДП-транзистора заключается в большой площади истока, а механизм его работы состоит в том, что фото-ЭДС р-/г-диода изменяет потенциал затвора, вследствие чего изменяется и ток в цепи исток - сток (рис. 6.14,6). Высокое входное сопротивление МДП-транзистора позволяет этому фотоприемнику работать как в режиме мгновенрюго действия, так и в режиме накопления. Режим мгновенного действия обеспечивается при замкнутом ключе К эквивалентной схемы (рис. 6.14,е), при этом выходной сигнал пропорционален фототоку /ф, протекающему через нагрузочный резистор Rk в момент измерения. В режиме накопления ключ К нормально разомкнут и замыкается лишь на короткое время считывания; выходной сигнал при этом пропорционален заряду, накопленному на емкости фотодиода Сфд за весь интервал времени, пре"шествующий измерению. Режим накопления резко повышает фоточувствитель-  Рис. 6.14. МДП-фототранзистор: о -устройство (/ - металлические электроды истока, затвора, стока; 2 - диффузионные области истока и стока; 3 -канал; 4, 5-подзатворный и защитный диэлектрик; 6 - подложка; 7 - антиотражающее покрытие); б - принципиальная схема; е - эквивалентная схема 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 [65] 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 |