Полупроводниковые фотоэлементы

К полупроводниковым фотоэлементам можно отнести:

1. Фоторезисторы. Фоторезисторами называются по­лупроводниковые приборы, электрическое сопротив­ление которых изменяется под действием светового потока. Принцип действия фоторезисторов основан на использовании явления внутреннего фотоэффекта. Сущность его состоит в том, что под действием световой энергии в полупроводнике возникают допол­нительные носители заряда — электроны и дырки, т. е. образуется дополнительная проводимость, назы­ваемая фотопроводимостью полупроводника. Сопро­тивление полупроводника при этом уменьшается. Для получения свободных электронов внутри полупровод­ника требуется меньшая энергия, чем для выбивания электронов из полупроводника. Поэтому чувствитель­ность фоторезисторов больше чувствительности ваку­умных и газонаполненных фотоэлементов.

2.Вентильные фотоэлементы. В вентильных фото­элементах световая энергия непосредственно преобра­зуется в электрическую, поэтому для них не требуется посторонних источников тока.

Принцип действия вентильного (фотогальвани­ческого) фотоэлемента основан на использовании запирающего слоя, образуемого р-n переходом.

При облучении фотоэлемента кванты света, проникая в р-n переход, увеличивают число неосновных носите­лей заряда — дырок в n - области и электронов в р - области. Дырки под действием потенциального барьера перемещаются из n - области в р - область, а электроны — наоборот. В результате на р-n переходе образуется избыток зарядов, создающих на внешних выводах фотоэлемента дополнительную разность по­тенциалов, называемую фотоэлектродвижущей силой. При замыкании электрической цепи под действием фотоэлектродвижущей силы будет проходить элект­рический ток, которым зависит от интенсивности светового потока, падающего на фотоэлемент.

Особым типом вентильных фотоэлементов являются кремниевые, которые ис­пользуются для изготовления солнечных батарей, непосредственно преобразующих солнечную энергию в электрическую.

3. Фотодиоды. Фотодиодом называется двухэлект-родный полупроводниковый прибор с одним элект­ронно-дырочным переходом, обратный ток которого изменяется под действием лучистой энергии и яв­ляется его рабочим током.

По своему устройству фотодиод подобен вентиль­ному фотоэлементу.

Фотодиоды могут включаться по двум схе­мам: с внешним источником электрического питания и без него. Режим работы фотодиода с внешним источником называется фото-диодным, а без источника — вентильным или фото-гальваническим,

Фотодиоды широко используются как приемники лучистой энергии в различных радиоэлектронных устройствах.

4. Фототранзисторы. Фоторезисторы и фотодиоды являются пассивными преобразователями лучистой энергии, т. е. не обладающими усилительными свойс­твами. В отличие от этих приборов фототранзистор является активным преобразователем, в нем проис­ходит не только преобразование энергии излучения, но и усиление.

Конструктивно фототранзистор представляет струк­туру плоскостного транзистора р-п-р или п-р-п типа. Фототранзистор имеет три электрода: эмиттер, кол­лектор и базу, причем базовая область подвергается облучению потоком лучистой энергии.

Конструктивно фототранзисторы выполняются в металлическом корпусе

Фототранзисторы, как и фотодиоды, применяются в качестве приемников лучистой энергии в различных фотоэлектронных устройствах.

5. Светодиоды. Светодиодом называют полупровод­никовый диод с одним электронно-дырочным пере­ходом, в котором происходит непосредственное пре­образование электрической энергии в энергию све­тового излучения (видимого или инфракрасного) за счет рекомбинации элек­тронов и дырок.

В обыч­ных диодах процесс реком­бинации заканчивается вы­делением энергии, которая отдается кристаллической решетке, т. е. пре- вращается в теплоту. Од­нако у полупроводников, выполненных на основе арсенида галлия, карбида кремния, при рекомбинации происходит излучение света.

Высокая надежность, большой срок службы и низкая стои­мость делают светодиоды особенно удобными в схемах современных ЭВМ (например, в схемах индикации, системах фотопамяти и др.).

Широкое применение получили не отдельные светодиоды, а матрицы светодиодов, позволяющие воспроизводить цифру или букву от А до Я, применяются в устройствах отображения информа­ции и различных табло.

6. Оптроны. Светодиоды нашли широкое применение в создании нового класса приборов, получивших название

Они состоят из источника излучения — светодиода и прием­ника излучения (фоторезистора, фотодиода, фото­транзистора), связанных оптической средой и конст­руктивно объединенных в одном корпусе.

Вход и выход оптрона электрически развязаны. Оптическая среда распространения сигнала от излу­чателя к приемнику может представлять световод, представляющий собой нить из прозрачного диэлект­рика. Световой луч поступает в торец световода, после многократного отражения от боковых стенок нити он выходит с другого конца световода.

С помощью волоконного световода можно раз­местить приемник от излучателя на значительном расстоянии, обеспечив их высокую электрическую изоляцию при сохранении помехоустойчивого уп­равления.

Оптроны применяются в быстропереключающих схемах, генераторах, для согласования высоковольт­ных и низковольтных цепей, измерений в цепях высокого напряжения, усиления и модуляции.

Оптроны являются элементной базой для нового направления электроники — оптоэлектроники