Фотоприемники Ермилова Регина Фёдорова Юлия 1

реклама
1
Фотоприемники
Ермилова Регина
Фёдорова Юлия
2
Фотоприемники
Полупроводниковые
приборы,
регистрирующие
оптическое излучение,
преобразующие
оптический сигнал в
электрический
3
Фотоприемники
Процессы лежащие в основе действия
фотоприемников:
•
•
•
Генерация носителей под действием внешнего
излучения
Перенос носителей и умножение за счет того или
иного механизма, характерного для данного прибора
Взаимодействие тока с внешней цепью,
обеспечивающее получение выходного сигнала
4
Фотоприемники
•Фоторезисторы
•Фотодиоды
•P-i-n
фотодиоды
•Лавинные
фотодиоды
•Фототранзисторы
5
Фоторезисторы
Полупроводниковые резисторы, изменяющие
электрическое сопротивление под действием
оптического излучения
I=Iт+Iф=U(σ+∆σ0)
∆σ0=q(∆nμn+ ∆pμp)=q∆pμp(1+b)
ВАХ
Iт=σ0wdU/l
Ф
Ф2 > Ф1
Ф1
d
Ф=0
I, U
w
l
6
Фотодиоды
Приемник оптического излучения, который
преобразует попавший на его фоточувствительную
область свет в электрический заряд за счёт процессов в
p-n-переходе
ВАХ
I
Схема включения
V
Iф1
Iф2
7
Фотодиоды
Зонная диаграмма
в темноте
Зонная диаграмма
при освещении
8
P-i-n фотодиоды
Разновидность фотодиода, в котором между областями
электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится
собственный (нелегированный) полупроводник (i-область)
Основные преимущества
•Высокие скорости
переключения
•Высокая квантовая
эффективность
•Позволяет избежать
инерционности
9
Лавинные фотодиоды
Фотоприемник, в котором повышение квантовой
эффективности реализуется за счет внутреннего
усиления, благодаря лавинному умножению в обратно
смещенном p-n переходе
Конструкция лавинного фотодиода на германиевой подложке
10
Лавинные фотодиоды
Принцип работы
При подаче сильного обратного смещения (близкого к
напряжению лавинного пробоя), происходит усиление
фототока за счет ударной ионизации (лавинного
умножения) генерированных светом носителей заряда.
Для реализации
лавинного умножения
необходимо выполнить
два условия:
•qEλ > 3/2 Eg
•W >> λ
11
Фототранзисторы
Является классическим биполярным транзистором,
включенным в схему с общим эмиттером, но у которого
отсутствует вход базы, а изменение коллекторного тока
осуществляется за счет изменения освещенности базы
Схема фототранзистора со
структурой p-n-p
Зонная диаграмма фототранзистора в
активном режиме работы
12
Фототранзисторы
Вольт-амперная характеристика при
различных уровнях освещенности
1
Солнечные батареи
2
Солнечные батареи
Одно из самых
перспективных
средств для
получения
энергии
3
Методы преобразования солнечной энергии
• Аккумулирование
тепла в результате
поглощения излучения
теплоносителями
(водяные радиаторы)
• Прямое
преобразование
солнечной энергии в
электрическую
1. P-n переходы
2. Гетеропереходы
3. Барьеры Шоттки
4. МДП структуры с
туннельно-тонким
диэлектриком
4
Солнечные батареи
Полупроводниковый фотоэлектрический
генератор, преобразующий энергию солнечной
радиации в электрическую
5
Солнечные батареи
6
Солнечные батареи
Эквивалентная схема солнечного элемента
Iф
hν
Rн
V=Iф Rн
7
Солнечные батареи
Вольт-амперная характеристика солнечного элемента
J=-Jф+J0(eβV-1)
I
Jф – обратный фототок
темновая
V – падение напряжения
на
нагрузке
при освещении
КПД солнечного элемента
η = максимальная
мощность СЭ / мощность
падающего излучения
Pmax  J êçVxx 0,7  0,8
V
Iф
8
Солнечные батареи
Распространенные материалы



Si - КПД до 20%
GaAs – наиболее перспективный материал, КПД до 40%
CdTe (теллурид кадмия) – так же перспективный
материал, пленки CdTe достаточно дешевы в изготовлении
9
Применение солнечных батарей
•
в космонавтике
•
для питания устройств
автоматики, переносных
радиостанций и
радиоприёмников
•
для катодной
антикоррозионной защиты
нефте- и газопроводов
•
в различных бытовых
устройствах
10
Спасибо за внимание
Скачать