Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Карих Е.Д. -> "Оптоэлектроника" -> 35

Оптоэлектроника - Карих Е.Д.

Карих Е.Д. Оптоэлектроника — Мн.: БГУ, 2002. — 107 c.
Скачать (прямая ссылка): optoelektronika2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 29 30 31 32 33 34 < 35 > 36 37 38 39 40 .. 41 >> Следующая

Режим фотодетектирования без подачи на структуру внешнего напряжения называется фотогалъваническим.
Предположим теперь, что на p-n-переход подано напряжение в запирающем направлении (рис. 7.1 в). Этот режим фотодетектирования называется фотодиодным. Уравнение вольт-амперная характеристика в этом случае будет выглядеть следующим образом:
Г eU \
I = 10
kT
-1
-I
ph
Обычно U >> kT/e, при этом из формулы (7.14) получаем:
I = -(i 0 +I ph ), где 10 имеет смысл темнового тока. В случае 10 <<1 причем фототок Iph выражается той же формулой (7.12).
(7.14)
(7.15) ph имеем 1» -Iph,
e
46
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Если распределение примесей в структуре однородно, то носители из p- и n-областей попадают в область перехода только за счет диффузии. Если же концентрация примесей зависит от координаты, то возникает тянущее электрическое поле, пропорциональное градиенту концентрации примеси:
E = kT. 1 . dNa (*
e Na (x) dx
В последнем случае на процесс диффузии накладывается дрейф носителей в электрическом поле, ускоряющий движение носителей к p-n-переходу. Фотодетекторы с тянущим внутренним электрическим полем называются дрейфовыми.
Инерционность фотодиода зависит от времени диффузии носителей от места рождения до p-n-перехода, времени разделения их в переходе и от RC-постоянной структуры. При скорости дрейфа носителей в поле и = 104 м/с и толщине слоя пространственного заряда 1 мкм время пролета носителей через p-n-переход равно t p = 0,1 нс, в то время как характерное время диффузии td составляет около 100 нс. Последовательное сопротивление R фотодиода слагается из сопротивления объема полупроводника и омических контактов. Значение C определяется барьерной емкостью перехода. При этом постоянная времени эквивалентной RC-цепочки обычно не превышает 1 нс. Таким образом, основным фактором, ограничивающим быстродействие фотодиода, является время диффузии. В дрейфовых структурах быстродействие может быть повышено примерно на порядок за счет увеличения скорости движения носителей в тянущем поле. Быстродействие фотодиода зависит и от способа его включения. Если в фотогальваническом режиме граничная частота составляет 1 - 2 МГц, то в фотодиодном она возрастает до 200 МГц.
Оптоэлектронная пара. Оптоэлектронный элемент, содержащий источник и приемник излучения, оптически и конструктивно связанные друг с другом, называется оптоэлектронной парой или оптроном.
В большинстве оптронов в качестве источника излучения используется светодиод. Обычно это светодиоды на основе GaAs, AlGaAs, GaP или GaAsP. Иногда в качестве излучателей используются инжекционные лазеры на основе AlGaAs или InGaAsP. Название оптрона соответствует типу используемого фотодетектора (резисторный, диодный, транзисторный, тиристорный). В диодных, транзисторных и тиристорных оптронах основным материалом для приемника излучения служит кремний (Si). В резисторных оптронах широко используются приемники на основе CdS и CdSe, хорошо согласующиеся по спектру с излучателями на
47
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
(7.16)
)
основе GaAsP и GaP. Оптической передающей средой оптрона служит воздух, стекло и другие вещества.
Структурная схема оптрона показана на рис. 7.4. Входной электрический сигнал I1 преобразуется источником излучения 1 в световой поток Рь который передается по оптическому каналу 2 на фотодетектор 3. Здесь происходит обратное преобразование светового потока в электрический сигнал I 2 . Среда оптического канала может быть управляемой (обладая, например, электрооптическими свойствами). Поэтому в общем случае световой поток P1 может быть преобразован в световой поток P2
с помощью специального элемента управления 4.
Элементарный оптрон является четырехполюсником, поэтому его свойства определяются тремя основными характеристиками - входной, передаточной и выходной. Входной является вольт-амперная характеристика излучателя, а выходной - вольт-амперная характеристика фотоприемника при заданном токе на входе оптрона. Передаточной характеристикой называется зависимость тока на выходе оптрона от тока на его входе 12 (!:). Быстродействие оптрона определяется временем переключения, а также граничной частотой, которая для различных оптронов
варьируется от единиц килогерц до десятков мегагерц. Сопротивление
12
изоляции между входом и выходом оптрона достигает 10 Ом. На переменном токе определенную роль играет проходная емкость оптрона, типичное значение которой равно 1 пФ.
Рис. 7.4. Схема оптрона:
1 - источник излучения; 2 - оптический канал; 3 приемник излучения; 4 - управляющий элемент
Так как в оптроне излучатель и фотодетектор электрически не соединены друг с другом, оптрон может служить элементом гальванической развязки в электронных цепях. Оптический канал оптрона нечувствителен к внешним электромагнитным полям, что обеспечивает высокую помехозащищенность передаваемого сигнала. Совокупность нескольких оптопар, согласующих и управляющих электронных схем, объединенных в единую твердотельную систему, образует оптоэлектронную микросхему. Такие микросхемы способны выполнять разнообразные цифровые и аналоговые преобразования сигналов.
Предыдущая << 1 .. 29 30 31 32 33 34 < 35 > 36 37 38 39 40 .. 41 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed