ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Фототранзисторы

Фотоприемные приборы, использующие транзисторные структуры с возможностью усиле­ния фототока, называются фототранзисторами. Эти приборы содержат один (рис. 6.14, 6.15) или несколько транзисторов (рис. 6.16), включенных обычно по схеме с общим эмитте­ром. В простейшем фототранзисторе (см. рис. 6.14) оптическое излучение попадает в рабо­чую область структуры — базу. Здесь обеспечивается генерация фотоносителей, которые затем разделяются р-и-переходом. Разделение фотоносителей сопровождается дополни­тельным увеличением концентрации за счет механизма электрического усиления.

Дырки уходят через переход в р-область, а электроны остаются в базе. Поле, создавае­мое объемным зарядом электронов, не может уменьшить заряд в базе за счет тока базы (]6 = 0). Поэтому поле объемных зарядов снижает потенциальный барьер эмиттерного пере­хода, вызывая дополнительную инжекцию дырок в базу. Фототок в данном случае играет роль тока базы. Входные характеристики фототранзистора аналогичны характеристикам би­полярного транзистора, т. е. по сравнению с обычным фотодиодом фототранзистор дает уси­ление тока, а интегральная чувствительность фототранзистора

5ф = ЗфдР, (6.34)

Где 5фя — токовая чувствительность фотодиода, образованного эмиттерным переходом транзистора; Р — коэффициент усиления тока транзистора.

-4—?Б Г Г ф

ИИ ГДГДГДГ '

О——I /т

Рис. 6.15. Диодно-транзисторный фотоприемник

Выходные характеристики фототранзистора приведены на рис. 6.17.

Их особенностью является отсутствие четко выраженного участка насыщения коллек­торного тока и неравномерное распределение характеристик в семействе. Это объясняется нелинейностью люкс-амперной характеристики: фототок нарастает быстрее при больших освещенностях, чем при малых.

Повышение чувствительности — главное преимущество фототранзистора по сравне­нию с фотодиодом. Однако оно, как правило, достигается за счет снижения температурной стабильности прибора.

У фототранзисторов снижается также пороговая чувствительность, так как значительно возрастает темновой ток:

/т = /коО+Р), (6-35)

Где /к0 — тепловой ток транзистора.

Широкое применение фототранзисторов и улучшение параметров этих приборов за­трудняет, в частности, следующее обстоятельство: высокий коэффициент передачи и малое время переключения требуют уменьшения толщины базовой области /г6, а это приводит к снижению фоточувствительности. Необходимость компромисса между ука­занными параметрами определяет относительно низкое быстродействие фототранзисто­ров (1(Г6...1(Г5) с.

Повышение быстродействия возможно в интегральных фотоприемниках с внутренним усилением, которые представляют собой соединение фотодиода и транзистора. Раздель­ная оптимизация структур позволяет получить чувствительный, быстродействующий фо­тодиод и высококачественный транзистор в единой структуре (см. рис. 6.15). Такая струк­тура эквивалентна быстродействующему фототранзистору с большим внутренним усиле­нием тока.

Еще больше увеличить чувствительность позволяет применение фототранзистора (см. рис. 6.16). Связь между токами в составном транзисторе имеет вид

/к=/„| + Лг = Р|/б1 + Р 2/52 = Р 1-^61 + РгО + РУб1- (6.36)

Коэффициент усиления составного транзистора

Р = /к.//б! = Р1 + Р2 + Р. Рг * Р>Р2- (6.37)

В результате чувствительность составных фототранзисторов более чем в Ю3 раз превы­шает чувствительность фотодиодов.

Фотоприемные приборы, рассмотренные в п. 6.3-6.8 широко используются при разра­ботках ВОСГТ. Чувствительность оптических приемников в зависимости от скорости передачи информации иллюстрирует рис. 6.18.