в. Наприклад, скло прозоро до 2,7 мкм, кварц - до 4,0 мкм і від 100 мкм до 1000 мкм, кам'яна сіль - до 15 мкм, йодистий цезій - до 55 мкм.
За характером взаємодії електромагнітного випромінювання з чутливим елементом приймачі ділять на дві великі групи - теплові та фотоелектричні. На відміну від теплових приймачів, в яких нагрів матеріалу поглинаються фотонами призводить до зміни вимірюваних електричних властивостей, в фотоприймачах має місце пряма взаємодія між падаючими фотонами і електронами напівпровідникового матеріалу чутливого елемента. Згідно з уявленнями зонної теорії твердого тіла [1] рівні енергії, на яких можуть перебувати електрони атомів кристалічної решітки, утворюють зони (Малюнок 2, а). Найвища енергетична зона, заповнена електронами, називається валентної. Наступну за нею дозволену зону, яка може бути і не заповненої електронами, називають зоною провідності. Між цими зонами розташований енергетичний зазор, заборонений для електронів квантовомеханічними законами.
- електричне поле; 2 - електрон; 3 - ФОТОЗБУДЖЕНОГО; 4 - дірка; 5 - зона провідності; 6 - валентна зона; 7 - акцепторний рівень; 8 - донорний рівень.
Малюнок 2 - Фотопроводимость власна (а) і домішкова (б)
Провідність матеріалу забезпечується тільки електронами, що знаходяться в зоні провідності. У напівпровіднику ширина забороненої зони досить мала, так що навіть при кімнатній температурі енергія деяких електронів з валентної зони стає достатньою для їх переходу через заборонену зону в зону провідності. Стани, раніше зайняті цими електронами, позитивно заряджені і називаються дірками. При наявності зовнішнього електричного поля електрони в зоні провідності і дірки у валентній зоні будуть пересуватися в протилежних напрямках, забезпечуючи провідність напівпровідника.
Описаний чистий беспрімесний напівпровідник називається напівпровідником з власною провідністю. Падаючі на нього фотони віддають енергію валентним електронам, які переходять в зону провідності і утворюють електронно-діркові пари, що змінюють провідність. Використовують це явище власної фотопровідності приймачі випромінювання називаються фотосопротівленіем. Фотосігнал з приймача буде спостерігатися в тому випадку, коли енергія фотона перевищує ширину забороненої зони. Оскільки для звільнення носіїв струму (електронів і дірок) потрібна деяка мінімальна енергія, характерна для даного матеріалу, кожен тип приймача має довгохвильову межу, за якою енергія фотона вже недостатня для створення носіїв струму.
Для ідеальних фотоелектричних приймачів випромінювання сигнал буде зростати зі зменшенням довжини хвилі падаючого потоку фотонів, енергія якого підтримується постійною. Зі збільшенням довжини хвилі енергія кожного фотона зменшується і при деякій довжині хвилі буде вже недостатньою для порушення носіїв заряду: сигнал приймача буде різко зменшуватися. Цю довжину хвилі, за якою приймач стає нечутливим, називають точкою відсічення.
Як відомо, елементарні напівпровідники - кремній Si і германій Ge - мають точки відсічення відповідно при довжинах хвиль 1,1 і 1,8 мкм. Ширина забороненої зони у подвійних сполук - сульфіду і селеніду свинцю (PbS, PbSe), арсеніду індію (InAs), антімоніда індію (InCb) - вужче, ніж у Si і Ge. Вони володіють власною фотопроводимостью аж до довгохвильової кордону 2,9; 5,4; 3,2 і 5,4 мкм відповідно для PbS, PbSe, InAs та InCb.
У зв'язку з цим [2] були зроблені зусилля в напрямку створення приймачів випромінювання з власною провідністю для області спектра в діапазоні довжин хвиль 8-12 мкм. У 1960-1970-х роках були отримані так звані потрійні з'єднання кадмій-ртуть-телуру (HgCdTe) і олова-свинець-телуру (PbSnTe), що представляють собою напівпровідниковий сплав, ширина забороненої зони якого залежить від кількісного вмісту складових компонентів в суміші. Варіюючи склад сплаву HgCdTe, можна отримувати граничну довжину хвилі, безперервно змінюється в широкому діапазоні довжин хвиль від 1 до 30 мкм.
Іншим способом зсуву порогу в бік більш довгих хвиль для напівпровідникових матеріалів з широкою забороненою зоною є введення інших чистих напівпровідників в невеликих кількостях домішок. У результаті легування вихідного матеріалу домішками на енергетичній діаграмі (Малюнок 2, б) в забороненій зоні з'являються енергетичні рівні домішки. Атоми домішки, енергетичні рівні яких розташовані поблизу валентної зони, здатні забирати (акцептувати) електрони з основної речовини. Дірки, що виникають при цьому у валентній зоні, стають зарядоносітелямі. Такі домішки, що призводять до нестачі електронів, називаються акцепторними [3].
Відповідно домішки, рівні яких розміщені поблизу зони провідності, можуть віддавати електрони при порушенні, діючи як донори електронів і забезпе...
