Учебное пособие по курсам «Фотоэлектрические явления в полупроводниках» и«Фотоэлек­трические явления в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах»

n-v_K
R₀ - сопротивление р - n -перехода при и=0, Ом,
К_Т - чувствительность фотоварикапа к световому потоку, А/Вт.
В фотодиодном режиме К_ф меньше, чем в вентильном. Температурный коэффициент ёмкости в вентильном режиме ~10 ³ - ¹. Описываемые фотова­рикапы применялись для усиления слабых фототоков и для индикации переме­щения слабых световых лучей.

2. 
   Динамический фотоконденсатор
   

Для повышения стабильности и чувствительности усилителей постоянно­го тока производят преобразование постоянного тока в переменный сигнал, ко­торый затем усиливается резонансными или широкополосными усилителями переменного напряжения. В качестве модуляторов напряжения обычно исполь­зуются механические динамические конденсаторы. В таких конденсаторах ём­
кость механически изменяется с определенной частотой. Механические моду­ляторы наряду с положительными свойствами обладают существенными недос­татками: низкой частотой преобразованного напряжения, определяемой резо­нансными характеристиками механической колебательной системы (обычно сотни герц), невысокой долговечностью, относительно большими габаритами и весом и другими.
Использование фотоварикапов в качестве динамических конденсаторов позволяет значительно улучшить основные параметры измерительной аппара­туры.
Фотоварикапы изготовлялись [65] из кремния р - типа. Поверхность об­разца травилась в полирующем травителе, после чего напылялся тонкий (~ 1000 А) слой S/02.Металлический электрод специальной формы наносился напыле­нием серебра в вакууме. При изготовлении фотоварикапов особое внимание уделялось обеспечению начального поверхностного потенциала кремния в об­ласти сильных истощающих изгибов зон. Это условие является принципиаль­ным, так как при этом C - V - характеристика МДП-структуры обладает макси­мальной крутизной. Модуляция ёмкости фотоварикапа осуществлялась свето­диодом из арсенида галлия.
Блок - схема измерительной установки изображена на рис. 5.1. Постоян­ное напряжение поступает на вход фотоварикапа ФВ через переключатель либо от ионизационной камеры, нагруженной на высокоомное сопротивление Я_ВХ,
9 12
либо (для калибровки) через сопротивление R_BX 10 +10 Ом, имитирующее внутреннее сопротивление ионизационной камеры. Принцип работы оптоэлек­тронного преобразователя данного типа состоит в следующем. При освещении фотоварикапа синусоидально модулированным светом его ёмкость изменяется, и на сопротивлении нагрузки R_H появляется переменное напряжение, которое затем усиливается и регистрируется. Возникающая попутно фото - ЭДС ком­пенсируется.
О писанные выше применения пока лишь в небольшой степени использу­ют функциональные возможности фотоемкостного эффекта.
Рис. 5.1. Блок-схема из­мерительной установки с фо­товарикапом, преобразующей постоянный ток ионизацион­ной камеры в переменный
Поэтому в книге [66] содержится призыв к радиолюбителям шире ис­пользовать фотоемкостный эффект. В качестве одной из таких нереализован­ных возможностей укажем на подавление фотоемкостного эффекта в продоль­ных фоторезисторах. В преобразователе изображения, работающем на пере­менном токе, типа фотопроводник - электролюминофор ёмкость фотопровод-
ника мешает усилению изображения [67]. Использование отрицательного фото- емкостного эффекта могло бы улучшить характеристики такого преобразовате­ля.

4. 
   ПОНЯТИЕ О ШУМАХ ФОТОПРОВОДНИКОВ
   

Наряду с удельной чувствительностью фотоприёмника, выражаемой в мка/лм, числе элек­тронов на фотон, существенным является отношение “сигнала” к “шуму”.
“Сигнал”- средний фототок, “шум”- среднеквадратичная величина флуктуации тока около его среднего значения. Шумами определяется обнаружительная способность приёмников из­лучения. Идеальный фотоприёмник должен быть бесшумовым преобразователем фотонного потока в электронный ток, так что шум фототока определяется в ????? шумом фотонного по­тока. Для большинства фотоприёмников это не так (в отличие от фотоумножителей ).
Шум можно характеризовать током, напряжением или мощностью. Рассмотрим некоторые выражения для шумовых токов. Выражение для дробового эффекта:
/„=4»G24/'? (14)
Где /„-среднеквадратичный шумовой ток в полосе шириной А/", (qG) - эффективный элек­тронный заряд, G - усиление фотоумножителя или фототока. Отношение сигнала к уровню шумов выражается как
'