Исследование процессов в полупроводниковом фотоприемнике

Исследование процессов в полупроводниковом фотоприемнике

Цель работы: изучение основных физических закономерностей, определяющих свойства фотоприемников. Исследование вольт-амперных, спектральных и инерционных характеристик фотоприемников.

Процессы захвата, заряда, прилипания и рекомбинации

Носителей заряда

Если электроны и дырки в результате поглощения фотона стали свободными, то они будут оставаться свободными до тех пор, пока не будут захвачены каким-либо дефектом решетки или до ухода их из кристалла в электроды. Центры, захватывающие носители, можно разделить на две группы:

1) центры прилипания, когда захваченный носитель имеет большую вероятность перейти снова в свободное состояние в результате теплового возбуждения, чем рекомбинировать с носителем противоположного знака (рис.2а, электронные ловушки 2 и 2’, дырочные ловушки 1 и 1’ );

2) центры рекомбинации, когда захваченный носитель имеет большую вероятность рекомбинировать с носителем противоположного знака, чем снова быть возбужденным в свободное состояние (рис.2, а, процесс захвата дырки 3 и электрона 4 центрами рекомбинации).

Три простых типа процессов рекомбинации показаны на рис.2, б – переход 5, когда свободный электрон прямо рекомбинирует с дыркой (прямая рекомбинация); переход 6, когда электрон захватывается возбужденным центром, захватывающим дырку; переход 7, когда дырка захватывается возбужденным центром, захватившим электрон.

В большинстве случаев рекомбинация происходит через центры захвата, когда примесным центром сначала захватывается электрон, а затем дырка (переход 9) или, наоборот, сначала электрон с примесного центра падает в валентную зону (захват дырки), а затем на освободившийся на примесном центре уровень попадает электрон из зоны проводимости (переход 8).

При рекомбинации носителей, так же как и при генерации, должны соблюдаться законы сохранения энергии и импульса, при рекомбинации освобождается энергия, которая может или излучаться в виде света (излучательная рекомбинация), или выделяться в виде тепла (фононов) (безызлучательная рекомбинация), или передаваться другому (свободному) электрону (ударная рекомбинация).

Порядок выполнения работы

1. Установить фоторезистор и снять вольт-амперную характеристику фоторезистора. Для различных освещённостей построить график ВАХ.

2. Снять спектральную характеристику фоторезистора, используя различные светофильтры (табл.1). Определить ширину запрещённой зоны и материал фоторезистора.

3. Вычислить относительное R_Ф/R^Т изменение сопротивления для различных напряжений.

4. Получить релаксационную кривую фототока при освещении фоторезистора прямоугольными световыми импульсами. Зарисовать кривые релаксации и определить постоянные времени нарастания и спада. Определить характер рекомбинации.

5. Проделать пункты 1-4 при повышенной температуре. Сделать выводы о влиянии температуры на характеристики фоторезистора.

Контрольные вопросы

1. Объяснить возможные переходы электронов при поглощении квантов света и рекомбинации. Что такое прямые и непрямые переходы электронов?

2. Какими выражениями определяется красная граница фотопроводимости для собственных и примесных полупроводников?

3. Назовите механизмы фотоэлектрически неактивного поглощения света.

4. Что такое время жизни неравновесных носителей заряда?

5. Объяснить процессы релаксации фотопроводимости при освещении прямоугольными импульсами света.

6. Где используются фоторезисторы?

Таблица 1

Цвет	Диапазон длин волн, 10-10 м
Красный
Оранжевый
Жёлтый
Зелёный
Синий
Фиолетовый

Список литературы

1.Павлов П.В., Хохлов А.Ф.Физика твёрдого тела.–М.: Высш.шк., 1994.-360с.

2. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника М.: Радио и связь, 1990.-360с.

X' Г

Порядок выполнения работы

1. Установить фотодиод, и для различных освещённостей снять вольт-амперные характеристики фотодиода. Построить графики ВАХ.

2. Снять спектральную характеристику фотодиода, используя различные светофильтры.

3. Получить релаксационную кривую фотодиода. Оценить переходные процессы в p-n переходе.

4. Проделать пункты 1-3 при повышенной температуре. Сделать выводы.

Контрольные вопросы

1. Описать процессы в освещённом p-n переходе.

2. Назвать характеристики фотодиода.

3. Описать сущность фотовольтаического эффекта.

4. Описать различные типы фотодиодов (pin, лавинные, на барьере Шотки).

5. Объяснить преимущества и принципы работы гетеропереходов.

Таблица 2

Цвет	Диапазон длин волн, 10-10 м
Красный
Оранжевый
Жёлтый
Зелёный
Синий
Фиолетовый

Список литературы

1.Павлов П.В., Хохлов А.Ф.Физика твёрдого тела.- М.: Высш.шк., 1994.-360с.

2. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника - М.: Радио и связь, 1990.-360с.

3. Щука А.А. Функциональная электроника – М.: МиРЭА, 1998. – 260с.

Светодиоды

Цель работы: изучение основных физических закономерностей, определяющих работу полупроводниковых светодиодов. Исследование характеристик таких приборов.

Светодиоды представляют собой двуэлектродный светоизлучатель-ный прибор, основу которого составляет p-n переход (рис.1). Одна из областей p-n структуры, например, n^-, называемая эмиттером светодиода, легируется сильнее, чем другая область, называемая базой. Поэтому при прохождении прямого тока носители инжектируются преимущественно из эмиттера в базу. Кроме того, в базовую область вводятся примеси, которые способствуют рекомбинационной генерации света. Таким образом, база в светодиоде является светоизлучающей областью, а эмиттер - поставщиком неравновесных носителей (в нашем случае электронов) в эту область.

Рис.8. Светодиод

При подаче на p-n переход напряжения V в прямом направлении, т.е. когда к p-области подключается “+” источника, а к n—области “-“, контактная разность потенциалов v_k в переходе уменьшается и происходит инжекция электронов из n- в р-область и дырок из p-области в n-область. Эти инжектированные носители будут неравновесными (и неосновными) для соответствующих областей. Диффундируя в глубь областей, они рекомбинируют с основными носителями заряда, причем электроны в базе - преимущественно излучательно, а дырки в эмиттере - безызлучательно. Так как концентрация избыточных электронов в p-области будет спадать с расстоянием от перехода X как exp(-X/L_n), где L_n - диффузионная длина, генерация света происходит в объеме базовой области, непосредственно примыкающей к переходу. Дырочная составляющая I_P суммарного тока через переход I=I_n+I_P, где I_n - электронная составляющая, является бесполезной, так как дырки в эмиттере рекомбинируют без генерации света. Увеличивая степень легирования эмиттера по сравнению с базой, можно увеличить коэффициент инжекции

g_i = I_n /(I_n+I_P) (48)

и тем самым – относительное число актов излучательной рекомбинации.

Одностороннюю инжекцию, при которой g_i будет близко к единице, можно осуществить в гетеропереходах. Ввиду того, что эти переходы широко применяются для изготовления светоизлучающих приборов, в особенности полупроводниковых лазеров, рассмотрим их основные свойства.

В отличие от обычного (гомогенного) р-n перехода, образуемого в одном и том же монокристалле путем соответствующего распределения примесей, гетеропереход получается при контакте двух различных полупроводников. В зависимости от содержащихся примесей оба полупроводника могут иметь как одинаковый тип проводимости (" изотипные" гетеропереходы, например, структуры n-n⁺, p-p⁺ и др.), так и разный (" анизотипные" переходы р-n, р-n⁺ и т.д). Рассмотрим для определенности анизотипный переход, образованный широкозонным полупроводником p-типа и узкозонным n-типа. На рис.9а показана энергетическая диаграмма обоих полупроводников до образования перехода. Через E_g, W и F обозначены ширины зон, работа выхода электронов и уровни Ферми, соответственно. После создания гетероперехода получается энергетическая диаграмма, показанная на рис.9. В отсутствие тока уровень Ферми в обоих полупроводниках становится одинаковым и между ними возникает контактная разность потенциалов v_k=(W_P - W_n)/е. Так как электронное сродство X_P и X_n в общем случае различно, то на границе перехода X=О, в отличие от обычного р-n перехода, возникает разрыв в зоне проводимости DE_C. Разрыв также образуется и в валентной зоне. В зависимости от соотношения между X_P и X_n, с одной стороны, и шириной запрещенных зон E_gp и Еgn с другой, эти разрывы могут иметь либо вид “стенки” (Dе_с), либо вид “крючка” (DE_V ). При подаче на переход внешнего напряжения в прямом направлении (“+” к р-области, “-“ к n ) происходит раздвижка уровней Ферми на величину e_V, и контактная разность потенциалов также уменьшается на эту величину (рис.10). Но даже при уменьшенной контактной разности потенциалов инжекция электронов из n- в p-область затруднена наличием для них на границе потенциального барьера. В то же время инжекция дырок из р-в n-область происходит почти беспрепятственно, так как размеры барьера типа “крюк” малы (меньше длины волны де Бройля носителей) и дырки свободно проходят его. Таким образом, в гетеропереходе осуществляется односторонняя инжекция носителей.

Преимущества гетеропереходов для создания светоизлучающих приборов в наибольшей степени реализуются в двухсторонней гетероструктуре (ДГС) (рис.11).В этой структуре используется два гетероперехода: анизотипный n-p, и другой — изотипный р—p⁺, причем области большего легирования (р⁺) соответствует более широкозонный материал. Из рис.11 видно, что в такой структуре можно получить ограничение неравновесных носителей (электронное ограничение ) в узкозонной области толщиной d. Эта область является светоизлучающей.

Таким образом, в ДГС можно существенно понизить потери на безызлучательную рекомбинацию. Кроме того, в такой структуре облегчается вывод света из прибора, так как он излучается средним узкозонным материалом и, следовательно, не поглощается в соседних областях с широкими запрещенными зонами. И, наконец, резкое изменение концентрации носителей на гетеропереходах приводит к сильному изменению показателя преломления на границах среднего слоя и, тем самым, к приданию этому слою волноводных свойств. Это явление называют оптическим ограничением. Следует также отметить, что волноводными свойствами обладают и обычные гомогенные p-n переходы.

Предпробойные светодиоды. В этом типе светодиода неравновесные носители создаются за счет процессов ударной ионизации атомов решетки. Для таких процессов требуются электрические поля высокой напряженности (5.10⁵-10⁶ В/cм). Подобные поля создаются при небольшом обратном напряжении в p-n переходах с шириной области объемного заряда порядка 10^-5см.

Рис.9. Анизотипный гетеропереход

Свободные носители заряда, термогенерируемые как в самом переходе, так и вблизи него на расстоянии порядка длин диффузии L_n и L_р, ускоряются сильным полем перехода и могут приобрести кинетическую энергию, достаточную для возбуждения или ионизации атомов решетки. Возникшие при ионизации атомов решетки носители могут вновь ускоряться, если протяженность области высокого поля достаточна для этого. В предельном случае возникает лавина носителей, т. е. наступает электрический пробой р-n перехода. Спектр излучения р-n переходов, включенных в обратном направлении, состоит в общем случае из широкой полосы, простирающейся в область hn > E_g, и более узких полос, проявляющихся сильнее при низких температурах и содержащих кванты с E_g ³ hn. Эти же сравнительно узкие полосы присутствуют обычно в спектре излучения р-n перехода, включенного в прямом направлении. В арсениде галлия узкая полоса соответствует энергии квантов hn @ E_g, в GaP- hn > E_g. В последнем случае полосы появляются на фоне сплошного спектра только при температуре Т< 14ОК, растут по мере уменьшения Т и связаны, по-видимому, с рекомбинацией неравновесных носителей через донорно—акцепторные пары. Широкая же полоса с hn> E_g образуется в результате наложения двух процессов: прямой рекомбинации быстрых электронов и дырок и внутривенных переходов в валентной зоне.

Материалы, применяемые для изготовления светодиодов, выбираются так, чтобы их спектральный диапазон излучения полностью или частично лежал в видимой области. Видимая область определяется чувствительностью человеческого глаза и лежит в диапазоне длин волн фотонов l от 0, 38 мкм (фиолетовый-ультрафиолетовый свет) до 0, 78 мкм (красный-инфракрасный свет). Этот диапазон длин волн соответствует фотонным энергиям, лежащим в интервале 1, 7 — 3, 1 эВ. Кроме того, для практических целей часто оказывается желательным, чтобы и спектральные распределения излучения соответствовали спектральной чувствительности глаз. Так как максимальная энергия, которая может выделиться при рекомбинации носителей, равна ширине запрещенной зоны данного полупроводника E_g, вышеприведенным требованиям могут удовлетворить только полупроводники с e g > 1, 7 эВ (широкозонные полупроводники). Поэтому, например, такие распространённые материалы, как германий Ge (Е_g - 0, 66 эВ) и кремний Si (E_g=1, 12 эВ) для изготовления светодиодов не используются.

Основными полупроводниковыми материалами, применяющимися в настоящее время для изготовления светодиодов, являются фосфид галлия GaР (E_g = 2, 26 эВ), карбид кремния SiС (E_g=2, 4 - 3, 2 эВ в зависимости от политипа), твердые растворы GaАs_X P_i - x и GaAl_xAs_1-x. Для современных серийных излучающих диодов инфракрасного (ИK) диапазона основным материалом является арсенид галлия GаAs с E_g=1, 44 эВ.

Большинство полупроводниковых материалов, применяемых для изготовления светодиодов, кроме главного максимума излучения, имеют и побочные максимумы, которые иногда оказываются значительно сдвинутыми относительно главного. Если такой побочный максимум попадает в инфракрасную область спектра, то это приводит к снижению КПД, а цвет излучаемого света остается неизменным. Если же побочный максимум располагается в видимой части спектра, то при этом может произойти значительное изменение цветовой тональности. В частности, GaP в зависимости от вида легирующей примеси может иметь максимумы в ИК, красной и зеленой областях спектра. Изменяя концентрацию и тип вводимых в полупроводник примесей, можно добиться повышения одного из максимумов излучения относительно других. Так фосфид галлия, легированный цинком и кислородом, эффективно излучает красный свет. Добавление же в GaP изоэлектронной (т. е. имеющей такую же валентность, что и основные атомы вещества) примеси азота N усиливает излучение в зеленой части спектра.

Порядок выполнения работы

1.Снять спектральную зависимость интенсивности излучения светодиода.

2.Определить КПД светодиода.

3.Снять и построить зависимость яркости светодиода от тока. Пользуясь выражением (51), определить значения L₀, c, I₀.

4.Определить порог зажигания светодиода.

5.Проделать пункты 1-4 для повышенной температуры.

6.Определить тип полупроводника светодиода.

7.Сменить светодиод и проделать п.п. 1-6.

Контрольные вопросы

1.Типы рекомбинационных процессов.

2.Излучательная и безызлучательная рекомбинация.

3.Принцип действия светодиода.

4.Влияние температуры на работу светодиода.

5.Условия работы лазера.

6.Работа полупроводникового инжекционного лазера.

7.Типы и характеристики лазеров.

Список литературы

1. Щука А.А. Функциональная электроника.-М.: МиРЭА, 1999.

2. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника -М.: Радио и связь, 1989.

Оптоэлектроника

Оптоэлектроника – раздел функциональной электроники, связанный с изучением процессов взаимодействия между электромагнитными волнами оптического диапазона и электронами твердого тела и охватывающий проблемы создания оптоэлектронных приборов (в основном методами микроэлектронной технологии), в которых эти эффекты используются для генерации, передачи, обработки, хранения и отображения информации. Оптоэлектронику, как научно-техническое направление, характеризуют три отличительные черты.

1. Физическую основу оптоэлектроники составляют явления, методы, средства, для которых принципиальны сочетание и неразрывность оптических и электрических процессов. В широком смысле слова оптоэлектронное устройство определяется как прибор, чувствительный к электромагнитному излучению в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой областях; как прибор, излучающий и преобразующий некогерентное или когерентное излучение.

2. Технологическую основу оптоэлектроники определяют конструктивно-технологические концепции современной микроэлектроники: миниатюризация элементов; предпочтительное развитие твердотельных конструкций; ориентация на специальные сверхчистые материалы; применение методов групповой обработки изделий, таких как эпитаксия, фотолитография, нанесение тонких пленок, диффузия, ионная имплантация и другие.

3. Функциональное назначение оптоэлектроники состоит в решении задач информатики: генерации информации путем преобразования различных внешних воздействий в соответствующие электрические и оптические сигналы; перенос информации; переработка информации по заданному алгоритму; хранение информации; записи и неразрушающее считывание; отображение информации. В конкретном оптоэлектронном приборе перечисленные отличительные признаки могут присутствовать в большой или меньшей мере, но наличие всех трех составляющих данного определения представляется обязательным. Принципиальные достоинства оптоэлектроники обусловлены специфическими особенностями электромагнитных волн оптического диапазона, отличительными особенностями фотона как носителя информации. Достоинства: высокочастотность, острая фокусировка, направленность, развязка, визуализация, пространственная модуляция, фоточувстви-тельность.

Специфика оптоэлектроники обуславливает и ряд недостатков, присущих оптоэлектронным приборам: неудовлетворительная энергетика, гибридность, деградация.

Оптоэлектронные пары

Основным элементом оптоэлектроники является оптоэлектронная пара. Оптопарой называют прибор, в котором конструктивно объединены в общем корпусе излучатель и фотоприемник, взаимодействующие друг с другом оптически и электрически. Связи между компонентами оптопары могут быть прямыми или обратными, положительными или отрицательными. Одна из связей (оптическая или электрическая) может отсутствовать. В состав единого прибора вместе с оптопарой или несколькими оптопарами могут входить дополнительно микроэлектронные или оптические элементы. И конструктивно, и функционально такие приборы существенно отличаются от элементарной оптопары, поэтому в литературе принят термин “оптрон”.

Основные функциональные разновидности приборов представлены на рис.15. Оптопара с прямой оптической и оборванной электрической связью используется как элемент развязки, получила широкое распространение (рис. 15, а). Оптрон с прямой электрической и оборванной оптической связями (рис. 15, б) т. е. оптрон с оптическим входом и выходом, представляет собой преобразователь спектра или направления поляризации, некогерентное в когерентное и т.д. В оптроне с электрической и оптической связями (рис.15, в) при определенных условиях может осуществляться частичная регенерация (восстановление) входного сигнала – регенеративный оптрон. Такой прибор может использоваться для контроля оптических (и других) свойств сред.

Важным элементом оптопары является оптический канал между излучателем и приемником. Существуют три разновидности каналов. Прежде всего это простой светопровод, предназначенный для передачи энергии излучения. Чаще всего он выполняется в виде прозрачной иммерсионной среды. Возможно и такое конструктивное решение, при котором в зазор между излучателем и приемником имеется доступ извне. В этом случае мы имеем оптопару с открытым оптическим каналом.

Рис. 15. Электрические и оптические связи в оптронах:

а – оптопара для электрической развязки; б – оптрон с оптическим входом и выходом; в – регенеративный оптрон; И - излучатель; УС - усилительное устройство схемы питания; ФП – фотоприемник

Рис. 16. Основные виды оптопар

Наконец, иммерсионная среда может быть выполнена из материала, светопередача которого изменяется при внешних воздействиях, такой прибор называют оптопарой с управляемым оптическим каналом. В качестве элементов оптопары, используемых для приема излучения, могут использоваться различные элементы: диоды, резисторы, транзисторы, тиристоры и т.д. (рис. 16).

Функциональные возможности оптронов очень широки (табл.). Отметим, что в каждой строке таблицы оптрон выступает не просто как аналог того или иного традиционного элемента, а как прибор, осуществляющий заданную функцию принципиально по-иному, с добавлением новых важных свойств. Так, переменные резисторы на основе оптопар не содержат подвижных механических контактов - источников шумов и ненадежности; волострон, в отличие от металлического провода, кроме передачи сигнала обеспечивает и электрическую развязку, помехозащищенность, скрытность. Несомненно, что по мере совершенствования конструкций и технологии, улучшения параметров функциональная значимость оптронов в микроэлектронике будет возрастать.

Таблица 3

Электрорадиокомпонент или устройство	Оптронный аналог
Импульсный трансформатор	Диодная и транзисторная оптопары; оптоэлектронный переключатель; оптоэлектронный развязывающий усилитель
Переключатель	Тиристорная, транзисторная и резисторная оптопары
Переменный резистор, потенциометр	Резисторная оптопара, её комбинации
Переменный конденсатор, варикап	Оптопара с фотоварикапом
Электрическая батарея	Диодная оптопара и её наборы
Линия связи	Волострон
Полевой транзистор, радиолампа	Оптопара с управляемым оптическим каналом
Бистабильное устройство, триггер	Регенеративный оптрон и его комбинации
Датчик (преобразователь неэлектрических воздействий в электрические сигналы)	Оптопара с открытым оптическим каналом, оптопара с управляемым оптическим каналом
Электронно-оптический преобразователь	Оптрон с оптическим входом

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы предлагается электрическая схема, показанная на рис. 17.

Рис. 17

1. На приборе CHARACTERISCOPE-Z установите ручки управления в следующие положения:

· тумблер “OFF” в нейтральное положение;

· переключатель “HOR.VOLTS” в положение “0, 1V”;

· переключатель “VERT.CURRENT” в положение

“50мкА-0, 1мкА”;

· переключатель “BASE STEPS” в положение “6”;

· тумблер ”STEPPOL” в положение “+”;

· кнопка “ONE CURVE” отжата;

· переключатель “STEP AMPLITUDE” в положение “5...10 мА”.

2. Включите питание прибора ручкой “SCALE ILLUM” и установите удобный уровень освещенности шкалы. Время прогрева прибора - не менее 5 минут.

3. После прогрева ручками “VERT.POS” и “HOR.POS” установите удобное положение начала координат ВАХ на экране прибора.

4. Тумблером “OFF” подключите фотодиод и светоизлучатель к прибору.

5. Переключателями “VERT CARRENT” и “STEP AMPLITUDE” установите удобный масштаб ВАХ по вертикали, соответствующий чувствительности исследуемого фотодиода. Ручкой “OFSET” отрегулируйте положение начала координат для кривой семейства, соответствующей нулевому световому потоку Ф=0 (до момента остановки).

6. Для регистрации прямых ветвей семейства ВАХ фотодиода переключатель “COLLECTOR SUPPLY” установите в положение “-АС”, для регистрации обратных ветвей семейства - в положение “+АС”.

Значение тока через светоизлучатель I будет задаваться с шагом, соответствующим положению переключателя “STEP AMPLITUDE”. Световой поток светоизлучателя

Ф=КI₀,

где К=...лм/мА.

7. Постройте семейство ВАХ фотодиода I=f(U) при Ф=const, сопрягая прямые и обратные ветви семейства, соответствующие одинаковым значениям светового потока Ф.

На семействе ВАХ фотодиодному режиму работы фотодиода соответствует область «обратное напряжение- обратный ток» (III квадрант).

8. Для фотодиодного режима выберите значения напряжения U_обр1 и графически постройте световую характеристику фотодиода I_Ф=f(Ф) при U_обр=U_обр1,

где I_Ф –фототок через фотодиод, совпадающий по направлению с I_обр.

9. Для выбранной рабочей точки на световой характеристике рассчитайте токовую чувствительность фотодиода S=I_Ф/Ф, мА/дм.

На семействе ВАХ фотогальваническому режиму работы фотодиода соответствует область «прямое напряжение – обратный ток» (IV квадрант).

10. Для фотогальванического режима по ВАХ графически измерьте значения тока короткого замыкания и напряжения холостого хода фотодиода для различных значений светового потока и постройте графики зависимостей I_кз=f(Ф) и U_хх=f(Ф).

11. Для кривой семейства ВАХ, соответствующей максимальному световому потоку, рассчитайте положение оптимальной рабочей точки фотодиода. Критерием оптимальности является максимальная мощность, отдаваемая фотодиодом в нагрузку в фотогальваническом режиме.

12. Для оптимальной рабочей точки рассчитайте оптимальное сопротивление нагрузки R_{н опт} и максимальную мощность, отдаваемую в нагрузку R_макс. В этом случае оптимальное сопротивление нагрузки должно быть равно внутреннему сопротивлению источника электрической энергии. Рассчитайте по ВАХ сопротивление базы и сравните с R_{н опт}.

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы предлагается электрическая схема, показанная на Рис. 18.

Рис. 18

1. На приборе CHARACTERISCOPE-Z установите ручки управления в следующие положения:

· тумблер “OFF” в нейтральное положение;

· переключатель “HOR.VOLTS” в положение “0, 5V”;

· переключатель “VERT.CURRENT” в положение “1 - 5мА”;

· переключатель “COLLECTOR SUPPLY” в положение «+АС»

· переключатель “BASE STEPS” в положение “6”;

· тумблер ”STEP POL” в положение “+”;

· кнопка “ONE CURVE” отжата;

· переключатель “STEP AMPLITUDE” в положение “50мкА...0, 5 мА”.

4. Тумблером “OFF” подключите фототранзистор и светоизлучатель к прибору.

5. Переключателями “VERT CARRENT” и “STEP AMPLITUDE” установите удобный масштаб ВАХ по вертикали, соответствующий чувствительности исследуемого фототранзистора. Ручкой “OFSET” совместите нижнюю кривую семейства ВАХ с горизонтальной осью (с точностью до величины теплового тока фототранзистора). Значение тока через светоизлучатель Iс будет задаваться с шагом, соответствующим положению переключателя “STEP AMPLITUDE”. Световой поток светоизлучателя

Ф=КI_СВ,

где К=...лм/мА.

6. Постройте семейство ВАХ фототранзистора как зависимость коллекторного тока выходного транзистора от напряжения между его коллектором и эмиттером для различных значений светового потока, т.е. IК=f(UКЭ) при Ф=const.

7. По семейству ВАХ для выбранного значения напряжения UКЭ1 графически постройте световую характеристику фототранзистора IК=f(Ф) при U_КЭ=U_КЭ1.

8. Для выбранной рабочей точки на световой характеристике рассчитайте токовую чувствительность фототранзистора S=IФ/Ф мА/дм.

Оптическим каналом

Основой лабораторной установки является серийный прибор CHARACTERISCOPE Z, позволяющий исследовать характеристики и параметры приборов (см. п.3.3.1)

Порядок выполнения работы

Для выполнения работы предлагается электрическая схема (рис. 19.)

Рис. 19

Оптопара имеет открытый канал, используя который, можно осуществить управляемую оптическую обратную связь между излучателем и фотоприемником. Такое управление, в частности, можно осуществить, накладывая на оптический канал экраны с различной поверхностью.

1. Получить семейство ВАХ оптопары при открытом оптическом канале. (см.п. 3.1).

2. Получить семейство ВАХ для экранов разного цвета (черный, белый, зеркальный и т.д.)

3. Зарисовать различные ВАХ в одном масштабе.

4. Сделать выводы о влиянии поглощения экранов на характеристики оптопары.

Контрольные вопросы

1.Виды оптоэлектронных пар.

2.Назвать и объяснить преимущества и недостатки оптопар.

3.Принцип работы фотодинистора.

4.Принцип работы фототранзистора.

5.Источники излучения в оптопарах.

6.Как происходит запись и стирание информации на оптическом диске?

7.Какие функции выполняет оптоэлектрический процессор?

8.Что такое ассоциативное оптическое ЗУ?

9.Функциональные возможности оптронов.

10.Датчики на основе оптронов.

Список литературы

1. Щука А.А. Функциональная электроника.-М.: МиРЭА, 1999.

2. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника -М.: Радио и связь, 1989.

3. Ефимов И.С., Козырь А.Д. Микроэлектроника -М.: Высш. шк., 1987.

Исследование процессов в полупроводниковом фотоприемнике

12 3 4 5 6 Следующая ⇒