Фотоприемники Ермилова Регина Фёдорова Юлия 1
advertisement
1 Фотоприемники Ермилова Регина Фёдорова Юлия 2 Фотоприемники Полупроводниковые приборы, регистрирующие оптическое излучение, преобразующие оптический сигнал в электрический 3 Фотоприемники Процессы лежащие в основе действия фотоприемников: • • • Генерация носителей под действием внешнего излучения Перенос носителей и умножение за счет того или иного механизма, характерного для данного прибора Взаимодействие тока с внешней цепью, обеспечивающее получение выходного сигнала 4 Фотоприемники •Фоторезисторы •Фотодиоды •P-i-n фотодиоды •Лавинные фотодиоды •Фототранзисторы 5 Фоторезисторы Полупроводниковые резисторы, изменяющие электрическое сопротивление под действием оптического излучения I=Iт+Iф=U(σ+∆σ0) ∆σ0=q(∆nμn+ ∆pμp)=q∆pμp(1+b) ВАХ Iт=σ0wdU/l Ф Ф2 > Ф1 Ф1 d Ф=0 I, U w l 6 Фотодиоды Приемник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе ВАХ I Схема включения V Iф1 Iф2 7 Фотодиоды Зонная диаграмма в темноте Зонная диаграмма при освещении 8 P-i-n фотодиоды Разновидность фотодиода, в котором между областями электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится собственный (нелегированный) полупроводник (i-область) Основные преимущества •Высокие скорости переключения •Высокая квантовая эффективность •Позволяет избежать инерционности 9 Лавинные фотодиоды Фотоприемник, в котором повышение квантовой эффективности реализуется за счет внутреннего усиления, благодаря лавинному умножению в обратно смещенном p-n переходе Конструкция лавинного фотодиода на германиевой подложке 10 Лавинные фотодиоды Принцип работы При подаче сильного обратного смещения (близкого к напряжению лавинного пробоя), происходит усиление фототока за счет ударной ионизации (лавинного умножения) генерированных светом носителей заряда. Для реализации лавинного умножения необходимо выполнить два условия: •qEλ > 3/2 Eg •W >> λ 11 Фототранзисторы Является классическим биполярным транзистором, включенным в схему с общим эмиттером, но у которого отсутствует вход базы, а изменение коллекторного тока осуществляется за счет изменения освещенности базы Схема фототранзистора со структурой p-n-p Зонная диаграмма фототранзистора в активном режиме работы 12 Фототранзисторы Вольт-амперная характеристика при различных уровнях освещенности 1 Солнечные батареи 2 Солнечные батареи Одно из самых перспективных средств для получения энергии 3 Методы преобразования солнечной энергии • Аккумулирование тепла в результате поглощения излучения теплоносителями (водяные радиаторы) • Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую 1. P-n переходы 2. Гетеропереходы 3. Барьеры Шоттки 4. МДП структуры с туннельно-тонким диэлектриком 4 Солнечные батареи Полупроводниковый фотоэлектрический генератор, преобразующий энергию солнечной радиации в электрическую 5 Солнечные батареи 6 Солнечные батареи Эквивалентная схема солнечного элемента Iф hν Rн V=Iф Rн 7 Солнечные батареи Вольт-амперная характеристика солнечного элемента J=-Jф+J0(eβV-1) I Jф – обратный фототок темновая V – падение напряжения на нагрузке при освещении КПД солнечного элемента η = максимальная мощность СЭ / мощность падающего излучения Pmax J êçVxx 0,7 0,8 V Iф 8 Солнечные батареи Распространенные материалы Si - КПД до 20% GaAs – наиболее перспективный материал, КПД до 40% CdTe (теллурид кадмия) – так же перспективный материал, пленки CdTe достаточно дешевы в изготовлении 9 Применение солнечных батарей • в космонавтике • для питания устройств автоматики, переносных радиостанций и радиоприёмников • для катодной антикоррозионной защиты нефте- и газопроводов • в различных бытовых устройствах 10 Спасибо за внимание
