Для ФД точечного типа (германиевые и кремниевые) критические частоты достигают нескольких ГГц.
ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ «ФОТОВОЛЬТ»
Высоковольтный фотопреобразователь (ФЭП) «Фотовольт» (31] представляет собой малогабаритную фотобатарею, скоммутирован-ную из микрофотопреобразователей / с П-образным р-п переходом (рис. 17). Для получения максимальной эффективности ширина
Рис. 17. Схематическое изображение генератора «Фотовольт». /
1 — р-п переход; 2— металличе- 1 * ский контакт к полупроводнику Ч я-типа: 3 — металлический контакт к полупроводнику р-типа.
р-области должна быть соизмеримой с диффузионной длиной неосновных носителей тока. Контакты 2 и 3 у микрофотопреобразователей расположены на боковых гранях и занимают на рабочей поверхности матрицы около 5% площади Лучистый поток в отличие от ранее рассмотренных приборов падает параллельно р-п переходу.
Количество скоммутированных элементов в зависимости от назначения может колебаться от единиц до нескольких сотен и более. Площадь «Фотовольта», скоммутированного из 250 микрофотопреобразователей, равна 1 см2, а из 750 фотопреобразователей— 3 см2.
На рис. 18,а показана вольт-амперная характеристика матричного ФЭП площадью 3 см2, содержащего 750 микрофотопреобразователей, измеренная при засветке вольфрамовой лампой накаливания с цветовой температурой 2850 К. Эксперименты показали, что при
29
плотности излучения до 10 кВт/м2 «Фотовольты» имеют линейную зависимость тока и мощности от освещенности (рис. 18,6) при температуре 15—20 °С.
Спектральная характеристика «Фотовольта» представлена на рис. 18,в. Ее максимум соответствует длине волны 1050 нм. Спад в коротковолновой области вызеан потерями на поверхностную рекомбинацию, а в длинноволновой части — объемной рекомбинацией и прозрачностью материала.
мкА
мнй
мВт/см2
|
11 |
-I |
|
|
10 |
- ^^\ |
|
|
8 |
- |
|
|
6 |
||
|
4 |
||
|
г |
i |
i W |
мкЯ/мВт
100 200 а)
дООВ
Рис. 18. Характеристики высоковольтного ФЭП, состоящего из 750 микроэлементов.
а — вольт-амперная характеристика; б — зависимость тока короткого замыкания и мощности от лучистого лотока; в — спектральная характеристика.
У хорошо сконструированных и изготовленных приборов при облучении монохроматическим светом с Х^ЮОО нм к. п. д. может достигнуть 40%.
Высокие напряжения, которые могут быть получены с малых светочувствительных площадей с искусственными источниками лучистой энергии, позволяют использовать «Фотовольты» для питания высоковольтной аппаратуры, например в электронно-оптических преобразователях, электростатических ускорителях и т. п.
«Фотовольт» позволяет при высоких нагрузках работать в области вольт-амперной характеристики, близкой к току короткого замыкания, обеспечивая при этом высокие значения напряжения. Ток «Фотовольтов» линейно зависит от освещенности в диапазоне 0,1—100 Вт/см2. Сохранение Линейности этой характеристики в широком диапазоне мощностей излучения дает возможность использовать их в измерителях энергии высокоинтенсивных лучистых потоков.
30
Отечественной промышленностью разработаны «Фотовольты», предназначенные для питания радио и дозиметрической аппаратуры (на напряжение 10—250 В) и бытовых приборов.
ФОТОПРИЕМНИК КАК ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ ЕМКОСТЬ
В последние годы в радиоэлектронных устройствах применяют полупроводниковые фоточувствительпые емкости — фотоварикапы (ФВ), позволяющие совместить в одном приборе преобразование энергии в электрический сигнал и параметрическое усиление этого сигнала [32].
В основе работы ФВ лежит изменение емкости р-п перехода под действием лучистого потока. Это изменение емкости будет таким же, как и при воздействии на р-п переход внешнего напряжения, равного фото- э. д. с, генерируемого ФВ под действием лучистого потока.
Усиление фототока с использованием ФВ состоит в том, что последний включают в одно из плеч моста параметрического усилителя. Изменение емкости на р-п переходе под действием изменяющегося излучения приводит к появлению сигнала на выходе параметрического усилителя.
В широком диапазоне частот ФЭП имеет высокую добротность емкости и поэтому может использоваться как ФВ.
У ФЭП в силу резкого р-п перехода наблюдается высокая нелинейность зависимости их емкости от приложенного напряжения.
Зависимость емкости ФВ от постоянного напряжения C(U) определяется выражением
где UK — высота потенциального барьера между областями р и п при отсутствии внешнего напряжения.
Рис. 19. Частотная зависимость добротности фотоварикапов. а — для кремниевых приборов; б — для приборов из арсенида галлия.
На рис. 19 приведены зависимости добротности кремниевых и арсенидных ФВ от частоты при различных смещениях. Из графиков видно, что ФВ могут работать в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот. Емкость на единицу площади при отсутствии внешне-
31
to напряжения C(0) для кремниевых ФЭП составляет примерно 0,027—0,030 мкФ/см3, а для ФВ из GaAs—0,038—0,50 мкФ/см2.
Коэффициент светочувствительности ФВ, характеризующий относительное изменение емкости на единицу светового потока W, для кремниевых приборов составляет 5,7 1/мВт, а для арсенид галлн-свых — 240 1/мВт. В фотодиодпом режиме коэффициент чувствительности значительно меньше, чем в фотовольтаическом. Температурный коэффициент емкости в фотовольтаическом режиме работы составляет примерно 1,5 • 10~3 и 0,8 • Ю-3 1/°С соответственно для фотоварикапов из Si и GaAs.
КООРДИНАТНО-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ФОТОПРИЕМНИКИ
Приборы, выходной сигнал которых зависит от местоположения облученного участка, называются координатно-чувстви-тельными. Подобные ФП могут работать на основе продольного либо поперечного (33] фотоэффекта.
Фотоприемник, работающий на основе продольного фотоэффекта (рис. 20). При локальном освещении разделенные р-п переходом,
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.