Кіріспе Фотоэлектрлік құбылыстар, фотоэффект
І = Go *U + G*U = Іқар. + Іф = Іқар + S*Ф
жүктеу/скачать 309.98 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Фотодиодтар Фотодиод
- І = Іқан * (exp(e * U / kT) - 1) - Іф
- Іқан = e * S * Lp * pp / τh
- Іф = e * S * (ΔP / τp) * ω
- Іф = e * α * ω * η * S * Ф = e * C * η * S * Ф
- І =(1-R) * Q * η * e
- Sіλ =(1-R) * Q * η * λ / 1.24
| І = Go *U + G*U = Іқар. + Іф = Іқар + S*Ф, (1.1.1)
өрнекпен сипатталады, мұнда Іқар - қараңғыдағы ток, S - сезгіштік, Ф - фотондар ағыны. Фототок сəуле ағыны интенсивтілігімен Іф=A*Фγ түрінде байланысты, мұнда А-пропорционалдық коэффициенті, γ - энергетикалық сипаттаманың бейсызықтылығын сипаттайтын коэффициент. Əр түрлі жарықталынуда энергетикалық сипаттаманың мынадай учаскелері болуы мүмкін: əсіре сызықтық (γ >1), сызықтық (γ=1) жəне субсызықтық (γ <1). Заттың құрамын таңдай отырып, сызыктық энергетикалық сипаттамалары бар фоторезисторларды жасауға болады. Іқар ток омдық сипатта болғанда, Іқар жəне Іф токтардың арасындағы кезкелген қатынас кезінде де жарықтық вольтамперлік сипаттама (ВАС) сызықты болады. Жарықталыну жоғары болған кезде фототоктың өсуі жарық ағынының өсуінен қалыс қалады, энергетикалық сипаттамасында қанығу тенденциясы байқалады, бірақ нағыз қанығу учаскесі жоқ. Фоторезисторларды практикада қолданғанда жарықталыну кезінде , кедергінің өзгерісінің (R/Rқар=Іқар/І) есілігі жəне кедергінің салыстырмалы өзгерісі өте манызды. Сонымен қатар осы шамалар резистордың сезгіштік мөлшері де болып табылады (R - оның жарықтағы кедергісі). R=f(Ф) тəуелділік сипаты энергетикалық сипаттамаға ұқсас. Фотодиодтар Фотодиод – жұмыс істеуі бекітуші қабаттағы фотоэффектіге негізделген фотоэлектрондық аспап. Құрылымы қарапайым p-n өткелдегідей. Германий немесе кремнийден жасалады, көбінесе кремнийден, өйткені оның түрлендіру еселігі жоғары. 
Жарықпен екі бағытта әсер етуге болады: а) p-n өткелге параллель, бірақ бұл жағдайда барлық процестер бетіндегі кішігірім облыста жүреді; б) p-n өткелге перпендикуляр, облыстардың бірі сәулелерге арналып мөлдір етіп жасалады. Фотодиодтар екі түрлі жұмыс әлпінде пайдаланылады: сыртқы қорек көзінсіз фотогенератор ретінде және сыртқы қорек көзімен фототүрлендіргіш ретінде. Фотодиод, қарапайым диод секілді, бір р-п өтпесінен тұрады. Бірақ түйістің ауданы басқа диодтарға қарағанда әлдеқайда үлкен болады, өйткені сәуле осы ауданға перпендикуляр түсуі керек. р-п өтпесіне түскен сәуле фотондары қоздыратын валенттік электрондар өткізгіштік аймаққа өтеді. Осының салдарынан екі шала өткізгіште де заряд тасушы қос бөлшектердің (электрондар мен кемтіктердің) саны көбейеді. Фотодиодтардың жарықталыну кезінде былайша өрнектеледі:
мұнда Іф - фототок, Іқан - қанығу тогы, U - кернеу. Фотодиодтар екі режимде қолданылады - фотодиодтық жəне фото э.қ.к. генерациясы режимінде (вентилдік режимде). Фотодиодтық режимде фотодиодқа кері кернеу беріледі, ал құрылым арқылы өтетін ток жарықтың интенсивтілігінің функциясы болып табылады. Фотодиодтың фототогының шамасын сəулелену p-n-ауысуының n-облысында жұтылатын, жəне жарық интенсивтігі α * ω « 1 қалындығында тұрақты болатын, мұнда ω - базаның қалындығы қарапайым жағдай үшін бағалайық. Кері ығысу кезінде жарықпен генерацияланған ток тасымалдаушылардың тасымалдау процесі n-базадағы зарядтын тепе-теңдік тасымалдаушыларды тасымалдауынан айырмашылығы жоқ. Фототокты анықтау үшін р-n-ауысының кері тогы үшін формуланы пайдаланайық, ол pp >> nn жағдайында Іқан = e * S * Lp * pp / τh . (1.2.2) болады. Бұл, ені негізгі емес тасымалдаушылардың (кемтіктердің) hp ұзындығына тең базаның қабатында pp/τn жылдамдықпен шығарылатын зарядтың теңбе-тең емес тасымалдаушыларының тогы. Ұқсастық бойынша фототок Іф = e * S * (ΔP / τp) * ω, (1.2.3) болады, мұнда (ΔP/τp) - жарықтың негізгі емес ток тасымалдаушыларды генерациялау темпі, S - жарық қабылдайтын беттің ауданы, ΔP - жарықпен генерацияланған кемтіктердін концентрациясы. ω << Lp қатынасы орындалады. ΔP = η * α * τP * ф болатындықтан, мұндағы ф - жарық ағыны, η- фотоэффектің кванттық шығымы, α – жұту коэффициенті, ΔР өрнегін (4)-ке қойып, Іф = e * α * ω * η * S * Ф = e * C * η * S * Ф (1.2.4) деп аламыз, мұнда С = α * ω - базада жұтылатын сəулелену үлесін сипаттайтын өлшемсіз коэффициент. (1.2.4) формула жарықтың интенсивтілігі экспоненциалдық заң бойынша кемитін нақты жағдайда да дұрыс болып табылады. Егер фототок үшін (1.2.4) өрнекті аудан бірлігіне келтірсек жəне жарықтандырылатын беттен шағылуын ан болатын шығынды ескерсек, онда І =(1-R) * Q * η * e , (1.2.5) егер hν-ге бөліп фотонның бірлік энергиясына келтірсек, онда монохроматтық сезгіштіктің өрнегін аламыз: Sіλ = І/Е =(1-R) * Q * η / hν , (1.2.6) hν = 1.24 / λ деп қойсақ, онда: Sіλ =(1-R) * Q * η * λ / 1.24, (1.2.7) η - мұнда фотоэффекттін кванттық шығымы, əдетте η=1. (1.2.7)-ші өрнекте фотоқабылдағыштың спектралдық сезгіштігін сипаттайтын екі сипаттама бар: монохроматтық сезгіштік Sіλ жəне жинау коэффициенті Q. Токтық сезгіштік спектрі Sіλ(λ)=f(λ) координат басынан өтетін түзу сызық түрінде болады, λ артқанда сезгіштік те артады. Идеал фотоқабылдағыш үшін сезгіштік Sі=0.8*λ өрнегімен беріледі. Осыдан реал фотоқабылдағыштардың сезгіштігі əр уақытта 0.8*λ-дан кем. Идеал фотоқабылдағыштың жинау коэффициентінің толқын ұзындықтары бойынша спектрінің токтық сезгіштіктің спектрінен айырмашылығы - толқын ұзындықтарының осіне параллель жəне мəні Q = l түзу сызық атындығында. Спектрлік сипаттамалардың екі түрін пайдаланудың қажеттігі олардың қолданылуында жатыр: токтық сезгіштік спектр белгілі сəулелену спектірі бар жарық көзімен жарықтандырғанда пайда болатын фототокты есептеуге керек, ал жинау коэффициентінің спектрі фототүрлендіргіштің жұмысын талдауға жəне оның ішкі құрылымын анықтауға қолданады. Sіλ жəне Q шамалар өз ара Sіλ=Q*λ/1.24 қатынасымен байланысқан. Бұл қатынас тек жартылай өткізгішке кірген фотондар үшін ғана дұрыс. Қорытынды Фотоқабылдағыштар жарық (күн) энергиясын электр энергиясына түрлендіреді. Сəулелену фотонының кристалл атомдарымен əрекеттесу нəтижесі бойынша, осы жұмыста қарастырылатын, сыртқы фотоэффекті бар (фотоэмиссиялық индикаторлар, фотоэлектрондық қөбейткіш) жəне ішкі фотоэффекті бар фотоқабылдағыштар деп ажыратады. Ішкі фотоэффекті бар фотоқабылдағыштар өте кең таралған, себебі олардың бірнеше артықшылықтары бар: жасауға жеңілдігі, əмбебапдығы, кішірейтіп жасауға жəне біріктіріп жасауға қолайлы. Ішкі фотоэффект фототоктың ішкі күшейтуі жоғары фотоқабылдағыштарды жасауға мүмкіндік береді (фоторезисторлар, Тасқынды фотодиодтар), əсер ету жылдамдығын арттыруға мүмкіндік беретін (р-n-диодтар, Шоттки диодтары), күшейткіш жəне кілттік элементтерді (фототранзисторларды жəне фототиристорларды) фотодетектормен үйлестіруге мүмкіндік береді. Токтық монохроматтық сезгіштік Sіλ(А/Вт) немесе (А/лк) – бір толқын ұзындықтағы сəулеленудің бірлік ағынының фотоқабылдайтын бірлік бетте тұдыратын фототоктың шамасы. Пайдаланған әдебиеттер Электроника, радиотехника және байланыс. — Алматы: «Мектеп» баспасы, 2007 Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов. - М., Энергия, 1973. Электротехника. Мұхити И.М.-Алматы, Эверо, 2005. Электротехниканың теориялық негіздері. Ахметов А,К.,Қабақова Т.А. - Астана, «Астана полиграфия» ЖАҚ, 2004ж. жүктеу/скачать 309.98 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|