а залишається постійною протягом тривалого часу. Величина дрейфу може визначатися при нульовому, максимальному або деякому проміжному значенні вхідного сигналу.
3. Опис функціональної схеми ПИП, у тому числі схеми перетворення вимірюваної величини в електричний сигнал
Сутність внутрішнього фотоефекту, використовуваного в роботі напівпровідникових приймачів оптичного випромінювання, полягає в утворенні в напівпровіднику вільних носіїв заряду (електронів провідності і вільних дірок) при поглинанні ними електромагнітного випромінювання. Відповідно до зонної теорією цей ефект пояснюється тим, що при поглинанні енергії електромагнітного випромінювання електрони атомів напівпровідника роблять переходи на більш високі енергетичні рівні - з валентної зони в зону провідності. При наявності в напівпровіднику спеціально введених домішок (такі напівпровідники називають домішковими) електрони можуть здійснювати переходи з домішкового рівня в зону провідності або з валентної зони на домішковий рівень.
При внутрішньому фотоефекті (на відміну від зовнішнього фотоефекту) електрони залишаються всередині напівпровідника. Виникнення в напівпровіднику при його випромінюванні вільних зарядів супроводжується зміною його електропровідності (ефект фотопровідності і Фоторезістівний ефект) і, за певних умов, появою різниці потенціалів, т. Е. Фото-ЕРС (фотогальванічний ефект).
Малюнок 19 - Функціональна схема
В якості фотоелектричного приймача використовується фотодіод. Фотодіоди - напівпровідникові приймачі оптичних випромінювань, дія яких заснована на внутрішньому фотоефекті, в яких використана одностороння провідність р-n-переходу, що приводить при поглинанні оптичного випромінювання до появи фото-ЕРС (фотогальванічний режим) або при наявності харчування - до зміни значення зворотного струму ( фотодіодний режим).
Малюнок 20 - Конструкція фотодіода (а), структура (б) і умовне графічне позначення фотодіода (в)
Основний елемент фотодіода - пластина з напівпровідника всередині якої є області електронної (n-область) і доречний (p-область) провідності, розділені електронно-дірковий р-n-переходом (контактом). Пластина розміщена в корпусі, забезпеченому вікном, прозорим для вимірюваного оптичного випромінювання. У деяких конструкціях фотодіода вікно виконано у вигляді збирає лінзи. За рахунок відмінності електричних властивостей між названими областями пластини спостерігається контактна різниця потенціалів (дифузійне поле), що викликається дифузією дірок з р- області в n-область і навпаки - електронів з n-області в p-область. При цьому n- і p-області набувають відповідно позитивний і негативний заряди. При висвітленні n-області в ній утворюються нові носії заряду - електрони і дірки, що призводить до виникнення градієнта концентрації носія заряду в n-області.
Малюнок 21 - Процес генерації вільних носіїв заряду
Під дією цього градієнта і за умови, що відстань від місця виникнення до р-n-переходу не перевищує дифузійної довжини носія заряду, відбувається дифузійне переміщення виникли носіїв заряду від освітленої поверхні в глиб n-області. Тут неосновні носії - дірки - переходять в р-область (зворотний струм неосновних носіїв), а електрони, для яких диффузионное електричне поле р-n-переходу є замикаючим, залишаються в n-області. При постійному освітленні фотодіода в n-області накопичуються електрони, а в р-області - дірки.
Матеріалами для виготовлення фотодіодів служать германій, кремній, арсенід галію, антимонід індію та ін. Спектральна чутливість фотодіодів охоплює діапазон 0,4-20 мкм. Інші характеристики: площа чутливого шару - 1-80 мм2; робоча напруга - 3-30 В; інтегральна чутливість - 3-30 мА/лм; постійна часу - 10" 3-Ю - 7 с.
Промисловістю випускаються охолоджувані фотодіоди, а також фот?? діодні лінійки, що містять від одиниць до декількох сотень фотодіодів.
Малюнок 22 - Частотні характеристики фотодіода на основі кремнію р-типу (а) n-типу (б) при напрузі 1 - 0 В; 2 - 1 В; 3 - 4 В; 4 - 10 В; 5 - 100 В; 6 - 15 В; 7 - 150 В.
Існують важливі різновиди фотодіодів: pin діоди - а, лавинні - б, Гетерофотодіоди - в та ін.
Малюнок 23 - Структура pin, лавинного і гетерофотодіодов
У pin є три області - сильнолегованому n + - область, область з малою концентрацією домішки (i-область) і сильнолегованому р + - область. У лавинних фотодиодах реалізується посилення струму, обумовлене множенням числа носіїв за рахунок іонізації атомів кристалічної решітки.
Гетерофотодіоди використовують шарувату структуру з різних напівпровідникових ...
