ФОТОТРАНЗИСТОРЫ
Биполярный фототранзистор представляет собой полупроводниковую структуру, в которой есть два p-n-переходы (рис. 1.4). Прибор можно представить таким что состоит из фотодиода и транзистора . Фотодиодом является освещаемая часть перехода база - коллектор, транзистором - часть структуры, расположенная непосредственно под емитером. Возможные три схемы включения фотодиода как двохполюсника, когда один из выводов остается свободным: со свободным коллектором, со свободным емитером и со свободной базой. Первые две из этих схем не отличаются от схемы
 |
включения p-n-перехода в фотодиодному режиме.
1.4. Включение транзистора с отключенной базой.
РФОТОТРАНЗИСТОРЫассмотрим работу транзистора в схеме с общим емитером (ЗЕ) при отключенной базе при отсутствии освещения (см. рис. 1.4). Поскольку коллекторный p-n-переход включен в обратном направлении, все приложенное напряжение падает на нем и после включения ток в цепи равняется обратному току отдельно взятого коллекторного перехода ИКБ0. Этот ток составляется из тока дырок из базы в коллектор и тока электронов из коллектора в базу. Отход из базы дырок и приход у нее электронов приводит к образованию негативного заряда в базе. Вследствие этого потенциальный барьер емитерного перехода снижается и для компенсации негативного заряда в базу из емитера входят дырки. Обозначим через h21Б коэффициент передачи (усиление) емитерного тока транзистора: h21Б = (Ик / Ие)U
=const. Для анализируемого случая (ЗЕ) h21 Бы-А часть инжектованих дырок проходит через базу в коллектор и в компенсации негативного заряда в базе принимает участие только (1- h21Б)-а часть диркового тока емитера Ие. С условия електронейтральности ток, который образовывает заряд, должен быть равный току, что его компенсирует, то есть Ие (1-h21Б) = ИКБ0. Ток во всех участках последовательного цепи одинаковый, поэтому
И = Ие = Ик и I = ИКБ0/(1- h21Б).
При освещении базы фототок увеличивает обратный ток коллекторного перехода, включенного в обратном направлении, потому что фототок суммируется с коллекторным током.
На данное время известные сложные интегральные микросхемы с фототранзисторами. Примером является составной транзистор-твердая схема с тремя транзисторами, соединенными по схеме Дарлингтона, которую можно рассматривать как емитерний повторитель. Коэффициенты усиления таких приборов могут достигать h321 , что при достаточно больших токах составляет 105 … 106. В составных фототранзисторах достигаются малые значения границы чувствительности. Они отличаются высоким входным сопротивлением. Высокая фоточувствительность, широкий температурный диапазон работы, простота технологии изготовления и высокая надежность фототранзистора обусловливают его применение в разных оптоэлектронных устройствах. Например, на основе фототранзистора разработанные
оптоелектрони переключатели, которые комутують тока до нескольких десятков миллиампер с быстродействием приблизительно 10-6 с, коммутаторы аналоговых сигналов, которые переключают напряжения до 1 мВ, полосой пропуска к десяткам мегагерц, фотоприемные матрицы с накоплением и другие устройства.
Создание кремниевых фотоприемников предполагает возможность использования технологических приемов изготовления интегральных схем. Это обеспечивает высокую эффективность их применение в системах микрофотоелектроники. Структуры некоторых кремниевых фотоприемников с внутренним усилением приведены на рис. 1.5.
 |
1.5. Планарни структуры фотоприемников с внутренним усилением:
а - фототранзистор;
бы - составной фототранзистор;
в - фототиристор.
Эквивалентная электрическая схема таких приборов может быть сведена к комбинации фотодиода и одного или нескольких транзисторов. Если коэффициент усиления транзисторной части эквивалентной схемы составляет h21ЕКВ, то токовая чувствительность фотоприемника с усилением в h21ЕКВ раз выше, чем чувствительность эквивалентного диода.