Риг. 20. Коордииатпо-чувствительный ФП, работающий на основе продольного фотоэффекта.
а — конструкция ФП и схематическое пояснение продольного фотоэффекта: / — р-п переход, 2 — высокоомная фоточувствительная поверхность, 3 — низко-омная область, 4 — нижний сплошной контакт, 5, 6 — верхние контакты для съема сигнала; б — координатная характеристика прибора; в — схема ФП
с модуляцией.
генерированные в области светового пятна носители, растекаются вдоль легированного и исходного слоя, создавая наряду с поперечным фотонапряжением также и продольное напряжение. Измеряя продольное напряжение между двумя омическими контактами, расположенными на одной из сторон р-п перехода, можно по его амплитуде и полярности судить о координате светового пятна.
Продольное фотонапряжение (в случае малых сигналов) определяется зависимостью
£/пр = /фЯн/[х, (а/)], (21)
где /ф — фототок; Rn — сопротивление внешней нагрузки; х — координата светового пятна; 2/ — расстояние между контактами. Уравнение линейно при значениях
*<—)(т>
но /ф>/о (критерий малого сигнала). 32
В случае большого сигнала
/ АКТ \ ( w \
линейность продольного фотонапряжения нарушается. Параметр а, характеризующий отношение продольного сопротивления базы фотоэлемента к динамическому сопротивлению р-п перехода на единицу длины при нулевом смещении, называется параметром продольного падения и характеризует крутизну продольной характеристики. При наличии малой и равномерной фоновой засветки а/ определяется из выражения
где
Rn? = ? bw ; Rnon- qIo .
При этом Rnv и Rnon — соответственно продольное и поперечное сопротивление прибора; /0 — темновой ток насыщения перехода; Ь — ширина ФП; р, до — соответственно удельное сопротивление и толщина слоя, с которого снимается сигнал.
Одним из основных требований, предъявляемых к координатно-чувствительным приборам, является линейность зависимости фотонапряжения от перемещения светового пятна по его поверхности (рис. 20,6). Крутизна этой прямой при заданном уровне энергетической освещенности определяет чувствительность прибора, которая согласно выражению (21) возрастает для данного / при увеличении удельного сопротивления материала и уменьшении толщины области, с которой снимается выходное напряжение. Однако величина чувствительности имеет предел, превышение которого повлечет за собой нарушение линейности фотонапряжения.
Линейность выходной характеристики продольных ФП определяется отношением отклонения от линейного участка к максимальному сигналу в данной точке и выражается в процентах. Произведение а/ для приборов размером 8 X 12 мм в зависимости от удельного сопротивления исходного кремния лежит в пределах 0,1 —1,0.
Прибор с продольным фотоэффектом должен удовлетворять также требованиям обычного ФП, т. е. наиболее полно использовать падающую лучистую энергию. Для этого необходимо увеличить коэффициент собирания электронно-дырочных пар, сведя к минимуму потери на отражение, неактивное поглощение, рекомбинацию на поверхности и в объеме.
Изменение чувствительности с увеличением продольного сопротивления и с увеличением мощности излучения линейно. При малых энергетических освещенностях и сравнительно невысоких /?Поп поперечная фото-э. д. с. при перемещении светового пятна по поверхности прибора с величиной 2/= 12 мм не изменяется, что свидетельствует о возможности увеличения размеров прибора, не опасаясь нарушения линейности характеристики (рис. 21, кривые 1 и 2). При высоком продольном сопротивлении (100—300 кОм) наблюдается значительное изменение поперечного напряжения при перемещении светового пятна между контактами (рис. 21, кривые 3 и 4). Продольная характеристика таких элементов в указанном интервале освещенности продолжает оставаться линейной в пределах 5%. Чув-
3—263 33
ствительность приборов с продольным фотоэффектом может достигать 1000—1500 мВ/(мВт-мм).
Если к контактам, с которых снимается выходное напряжение, приложить дополнительное напряжение, кривая чувствительности в зависимости от его полярности может быть смещена © ту или иную сторону. Зависимость между смещением и приложенным напряжением линейная.
Разновидностью электрического смещения является электронная модуляция, т. е. получение переменного сигнала на выходе при постоянном облучении за счет переменного сигнала, подаваемого на р-п переход. Модуляция возможна, так как смещение перехода
в прямом направлении уменьшает продольную чувствительность прибора. Вследствие модуляции напряжение продольного фотоэффекта, характеризующее положение пятна излучения, оказывается переменным и его значительно легче усилить, чем напряжение постоянного тока.
Для получения чистого модулированного сигнала на выходе необходимо добиться равенства нулю напряжения, снимаемого с рабочих контактов, при положении светового пятна посредине между контактами. Для выполнения этого требования достаточно поместить один модуляционный контакт точно посредине элемента. Но технологически это весьма затруднительно. Поэтому целесообразно применить схему с двумя модуляционными контактами по обе стороны от оси прибора с компенсацией напряжения модуляции подбором напряжения на модуляционных контактах (рис. 20,в). В качестве модуляционных можно использовать рабочие контакты. Изменение продольного модулированного фотонапряжения при перемещении лучистого пятна между контактами линейно при малых токах модуляции и фототока. Зависимость продольного напряжения от тока модуляции линейна при малых токах модуляции. «При больших токах модуляции линейность нарушается. Значение продольного напряжения при различных значениях фототока линейна в области небольших /ф (ток модуляции /м составит 3 мкА).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.