1.1.7. Фототранзистор и фототиристор

Фототранзистор (рис. 1.10) представляет собой структур из чередующихся слоев р-п-р и п-р-п (рис. 1.10, а). Внешне напряжение (минус на эмиттере) включает эмиттерный р-п-переход в прямом, а коллекторный переход — в обратном направлениях. В темноте практически все внешнее напряжение падает на коллекторном переходе. Освещение средней части (базы) ведется через тонкий слой эмиттера. Возникающие в базе и в обоих переходах фотоэлектроны попадают в области эмиттера и коллектора, а дырки собираются в средней области. В результате к левому р-п-переходу оказывается приложенным дополнительное напряжение в прямом направлении и возникает инжекция темновых электронов через сниженный барьер в базу и далее—в коллекторный переход Таким способом первоначальный ток фотоносителей может быть усилен примерно в 1·102 раз. Соответственно чувствительность фототранзистора значительно выше чувствительности обычного фотодиода. С другой стороны, участие процессов диффузии носителей заряда увеличивает инерционность прибора, и постоянная времени τ= – 10-5 — 10-6 с.

Сужение базы, необходимое для уменьшения т, приводит к уменьшению чувствительности фототранзистора вследствие уменьшения числа поглощенных фотонов. Отсюда следует, что эффективный фотодиод и малоинерционный транзистор, используемый для усиления тока фотодиода, целесообразно изготовлять раздельно.

Интегральная чувствительность германиевого фототранзистора (ФТ-1) равна 0,2—0,5 А/лм, рабочее напряжение 3 В, темновой ток 300 мкА.

Как известно, тиристор имеет чередующиеся слои р, п, р, п-типов проводимости и соответственно три р-п-перехода, из которых средний называют коллекторным, а два крайних — эмиттерными. Структура включается так, чтобы коллекторный переход был включен в обратном направлении, а оба эмиттерных — в прямом (плюс источника — на внешней р-области структуры, а минус—на п-области).

Если напряжение на всем тиристоре повысить до Uп, при котором эмиттерные переходы заметно понизятся (или при U<Uп, но с помощью управляющего электрода от одной из баз эмиттерный переход включается в прямом направлении), то через тиристор начинает течь значительный ток, который приводит к накоплению в р-базе положительного заряда, а в п-базе — отрицательного. Это снижает высоту боковых р-п-переходов и вызывает новый резкий рост тока. При этом общее падение напряжения на тиристоре снижается, так как токи сами теперь поддерживают нужную степень накопления зарядов. Таким образом, тиристор может находиться в двух состояниях, соответствующих большим или малым токам, т. е. тиристор может работать как ключ в электрической цепи.

У фототиристора накопление положительного и отрицательного зарядов, необходимых для перевода его во включенное состояние, производится при облучении светом из области собственного поглощения материала. Поле среднего перехода направляет фотодырки в р-базу, а электроны в п-базу, что снижает высоту обоих эмиттерных барьеров и создает сильные темновые токи через тиристор. Таким образом, свет играет роль управляющего электрического сигнала у тиристора с третьим выводом (от базы) и позволяет бесконтактным способом управлять токами в различных электрических цепях.

Введение в оптоэлектронику


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.