Оптоелектронні пристрої з зарядовим зв’язком

Вище нами було розглянуто застосування приладів з зарядовим зв’язком (ПЗЗ) для затримки сигналів у часі. Але найбільшого успіху ці прилади здобули при їх комбінації з внутрішнім фотоефектом. В результаті було створено новий клас оптоелектронних приладів, за допомогою яких вдається розв’язувати цілу низку практично-важливих задач по сприйманню і обробці світлових сигналів.

Схематичне зображення оптоелектронного фотоприймача з застосуванням ефекту зарядового зв’язку подано на рис.8.11. Верхня частина зображеного пристрою являє собою ряд затворів, на які подається хвиля від’ємної напруги. Тонкий шар напівпровідника має бути напівпрозорим і здатним до внутрішнього фотоефекту у видимому світлі. Напівпровідникова платівка опромінюється світлом з боку протилежного до затворів.

Принцип дії подібного приладу заснований на тому, що при освітленні у напівпровіднику близь його поверхні утворюються пари носіїв заряду електрон - дірка, котрі розділяються полем потенцальної ями під затвором, що несе негативний потенціал. Утворювані при поглинанні квантів світла дірки заповнюють потенціальні ями пропорційно до освітленості даного місця. Після того, як процес накопичування дірок закінчено їх починають зсувати (напр. праворуч) і виводити на електрод стоку. Струм I(t) у колі цього електроду буде повторювати закон розподілу вздовж вісі z кількості дірок, накопичених у потенціальних ямах, тобто закон розподілу інтенсивності світла вздовж вісі z .

Таким чином можна перетворити у електричний сигнал одномірне лінійне світлове зображення. Для перетворення у електричний сигнал двомірного світлового зображення систему треба ускладнити (рис.8.12). Поверхня напівпровідникової платівки покривається рядом затворів - смужок, під якими шляхом освітлення утворюється поле розподілу дірок, що повторює поле освітлення платівки.

За допомогою хвилі негативного потенціалу, що подається на затвори - смужки і біжить у напрямку стрілки “а”, це поле дірок стрибками переганяється вниз. Внизу знаходиться лінійка затворів подібна до зображеної на рис.8.11, котра переганяє рядок зарядів праворуч до стоку. Таким способом одна за одній перетворюються у вихідний струм стоку рядки світлового зображення, що були зпроектовані на напівпровідникову платівку. Отже робиться те, що досі здійснювалось лише у складних і дорогих електронно - проміневих трубках: іконоскопах, ортиконах, суперіконоскопах та відіконах.

Існуючі фото - ПЗП дозволяють створювати зображення, що мають кілька сотень рядків з кількома сотнями елементів у рядку, тобто за якістю зображення не поступаються вищезгаданим вакуумним електронно-променевим приладам, а по габаритам, вазі і вартості набагато їх переважають.

Контрольні питання до розділу

“Поняття про оптоелектроніку”

1. Для яких цілей використовуються прилади оптоелектроніки?

8. На якому фізичному явищі грунтується принцип дії фоторезистора? Опишіть основні закономірності цього явища.

З.В якій області фотодіода (р чи n) відбувається народження електронно-діркових пар, які обумовлюють його фотострум?

4.Чому фотодіоди потрібно виготовляти з монокристалів, тоді як фоторезистори можуть бути полікристалічними?

5.Чи залежить величина фотоструму фотодіоду від прикладеної до нього напруги ? Поясніть як та чому.

6. Яка інерційність фотодіодів? Якими явищами вона визначається?

7.Яка фізична причина виникнення фото-е.р.с. в фотодіоді, який працює у вентильному режимі?

8.Вкажіть області практичного використовування фотодіодів у вентильному режимі.

9.Чому у фототранзистора відсутній (або вимкнений) вихід бази?

10. В чому суть явища інжекційної електролюмінесценції, яке є основою дії світлодіодів?

11.Чим визначається колір світіння світлодіодів?

18.Чому спектр випромінювання світлодіодів має вигляд не спектральної лінії, а смуги?

13.Як в напівпровідниковому лазері досягається інверсна населеність рівнів?

14.Чому більшість сучасних напівпровідникових лазерів працює в імпульсному, а не в неперервному режимі?

15.Чи буде напівпровідниковий лазер випромінювати світло, якщо струм через нього буде меншим порогового?

16.Для чого в напівпровідниковому лазері торці кристала слід шліфувати та робити їх строго плоско-паралельними?

17. Що таке оптрон? Для яких цілей використовуються оптрони? Наведіть приклади.

18.Чи може вихідний струм оптрона бути більшим за вхідний?

19.Що таке волоконно-оптична лінія зв'язку (ВОЛЗ)? Які переваги вона має у порівнянні з існуючими лініями зв'язку?

20. Навіщо у фотоелектронному ПЗЗ робиться велика кількість затворів?

21. Якими фізичними процесами визначається швидкодія фото-ПЗЗ?

22. Які переваги фото-ПЗЗ порівняно з електро-променевими фото-

електронними приладами?

[1]Фотоефект називається внутрішнім, оскільки вивільнені електрони залишаються всередині напівпровідника, тоді як при зовнішньому фотоефекті вони облишають напівпровідник і уходять в навколишній простір.