Понятие и условия возникновения фоторезистивного эффекта в однородном полупроводнике при его освещении. Расчет проводимости канала поверхностной электропроводности. Основные параметры и характеристики фотоприемников, их применение в технике и энергетике.
Аннотация к работе
На тему: «Полупроводниковые фотоприемники».3 Порог чувствительности и шумы Применение фотоприемников в техникеФоторезистивный эффект - это изменение электрического сопротивления полупроводника, обусловленное исключительно действием оптического излучения и не связанное с его нагреванием. Для возникновения фоторезистивного эффекта необходимо, чтобы в полупроводнике происходило либо собственное поглощения оптического излучения или фотонов с образованием новых пар носителей одного знака при возбуждении однотипных дефектов.Если однородный полупроводник осветить сильно поглощаемым светом, то в его поверхностном слое, где происходит основное поглощение света, возникнет избыточная концентрация электронов и дырок, которые будут диффундировать в глубьполупроводника (рис.1).Локальные энергетические уровни, обусловленные нарушением периодичности кристалла у поверхности полупроводника или примесями на поверхности, называют поверхностными уровнями. Для компенсации этих зарядов в соответствии с условием электрической нейтральности должен существовать объемный заряд в полупроводнике, что соответствует существованию электрического поля и изгибу энергетических зон вблизи поверхности полупроводника. 1, а-в показано образование трех возможных вариантов поверхностных слоев в полупроводниках n-и р-типа при наличии положительных или отрицательных поверхностных состояний. При малой плотности отрицательных поверхностных состояний на полупроводнике n-типа образуется обедненный слой (рис. Электрическое поле поверхностных зарядов проникает в полупроводник на определенную глубину, которая зависит от удельного сопротивления этого полупроводника.При наличии на поверхности полупроводника инверсного слоя по нему вдоль поверхности могут проходить токи, т.е. могут существовать каналы поверхностной электропроводимости . При оценке проводимости канала поверхностной электропроводимости необходимо учитывать, что концентрация носителей заряда является величиной переменной по глубине канала и подвижность носителей заряда в канале может быть значительно отличаться от подвижности тех же носителей в объеме полупроводника изза дополнительного рассеяния носителей на поверхности кристалла.Обычно для фотоприемников пользуются двумя понятиями чувствительности: интегральной и монохроматической. Эта чувствительность характеризует качество работы ФП только по отношению к источникам излучения, близким по своему спектральному составу к источнику А (как правило, вольфрамовые лампы накаливания). Монохроматическая чувствительность характеризует эффективность работы фотоприемника с монохроматическим источником излучения. Выражение для спектральной характеристики реального фотоприемника можно записать в виде (6) где Іф - фототок; Е - энергия при длине волны ?; R - коэффициент отражения от поверхности фотоприемника; Q - коэффициент собирания; ? - квантовый выход; N - число фотонов, приходящихся на единицу световой энергии. Используя для изготовления фотоприемника полупроводниковые материалы с различной шириной запрещенной зоны, можно изменять область длин волн, в которой работает фотоприемник., Для широкозонных полупроводников (с большой шириной запрещенной зоны), например GAAS, спектральная характеристика смещается в сторону более коротких длин волн, так как для создания электронно-дырочных пар, а следовательно, фототока необходимы фотоны света с большей энергией (коротковолновое излучение).Выражение для темнового тока можно записать в виде (7) где I-ток, пропускаемый через p-n переход; I0 - ток насыщения; А-параметр, характеризующий p-n переход. Разница в величинах тока насыщения на несколько порядков для GAAS и Si ФЭП оказывает влияние на характеристики этих приборов при работе в фотовольтаическом режиме. 5 приведены вольт-амперные характеристики ФЭП из GAAS и Si при Т = 300 К и освещенности приборов лучистым потоком мощностью 800 Вт/м2.Из сравнения характеристик видна следующая особенность элементов: напряжение холостого хода Uxx для приборов из GAAS при комнатной температуре в 1,6-1,7 раза превышает значение Uxxдля кремниевых элементов, хотя ширина запрещенной зоны ?Е?(GAAS)примерно лишь в 1,25 раза больше ?Е?(Si) при той же температуре. Обе эти величины обычно относят к единице полосы частот пропускания, так как амплитуда шумового напряжения или тока может зависеть от частоты, на которой измеряется шум. Тепловой шум имеет место в ФП даже в условиях отсутствия тока через прибор, так как природа этого шума обусловлена хаотичным движением носителей заряда внутри объема прибора.Фотодиоды применяют в различных областях науки и техники. Это обусловлено чувствительностью фотодиодов в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра, возможностью работы при небольшом напряжении и малом токе, слабыми шумами, большим сроком службы, а также простотой схемы применения. Так, в вычислительной технике фотодиоды используют в устройствах ввода и вывода информации.
План
Содержание
Введение
1. Фотоэлектрические основы работы полупроводниковых фотоприемников
1.1 Фоторезистивный эффект
1.2 Возникновение ЭДС в однородном полупроводнике при его освещении
1.3 Объединенные, инверсные и обогащенные поверхностные слои
1.4 Проводимость канала поверхностной электропроводности
2. Основные параметры и характеристики фотоприемников
2.1 Чувствительность, спектральные характеристики
Список литературы
однородный полупроводник фоторезистивный эффект фотоприемник
Введение
В последние годы в радиоэлектронике, автоматике и телемеханике, вычислительной технике и других областях все более широкое применение находят полупроводниковые фотоприемники излучения на основе p-n перехода. Одним из направлений в области фотоэлектричества является разработка, исследование и применение полупроводниковых фотоприемников с одним p-n переходом.
Интерес к фотоприемникам особенно усилился в связи с появлением различного типа источников когерентного и некогерентного излучения. Создание инжекционных полупроводниковых светодиодов или нескольких p-n переходов в миниатюрном и микроминиатюрном исполнениях способствовало бурному развитию такой области электронной техники, как оптоэлектроника, в которой сочетаются два способа передачи и обработки информации - оптический и электрический.
В данной работе изложены вопросы физики работы фотоприемников и приведены электронных устройств различного назначения с фотоприемниками.