энергии солнечного света, поэтому кремниевые ФЭ близки к идеальному приемнику солнечного излучения и используются для создания солнечных батарей. Спектральная характеристика селенового ФЭ близка к спектральной чувствительности человеческого глаза.

К. п. д. ФЭ равен отношению максимальной мощности электрического тока, которую можно получить от ФЭ, к полной мощности излучения, падающего на рабочую поверхность ФЭ т) = Рмакс/-Р-К. п. д. тем больше, чем шире кривая спектральной чувствительности ФЭ, т. е. чем большая часть спектра солнечного света участвует в генерации фотоносителей. К. п. д. кремниевых солнечных батарей около 12%, а из арсенида галлия - алюминия - до 20%. Уменьшение к. п. д. обусловлено отражением части излучения от поверхности полупроводника и поглощением, которое не вызывает генерацию носителей, рекомбинацией части неравновесных носителей и др.

Устройство. Основой кремниевого солнечного ФЭ (рис. 8.6, д) служит кремниевая пластина большой площади с малой проводимостью, в которой методом диффузии формируется р-п-переход на глубине около 0,3 мкм Рабочая поверхность покрывается защитным материалом, прозрачным в данной области спектра.

Солнечные батареи используются в качестве источников электропитания аппаратуры космических кораблей, орбитальных станций, искусственных спутников Земли.

§ 8.5. Фототранзисторы и фототиристоры

Биполярные фототранзисторы. Фототранзисторы являются фотогальваническими приемниками излучений. В фоточувствительном элементе этих приборов сформирована структура транзистора, обеспечивающая усиление фототока.

В схеме включения ФТ с отключенной базой (рис. 8.7, а) эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный - в обратном. Базовая область освещена в направлении, перпенди-

Рис. 8.7. Схема включения, выходные характеристики и устройство фототранзистора

кулярном коллекторному переходу. Под воздействием света на поверхности или в объеме базы генерируются неравновесные основные носители. Дырки втягиваются в коллекторную область электрическим полем коллекторного перехода. Электроны остаются в базе и создают объемный избыточный заряд..При увеличении концентрации электронов в базе снижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе, поэтому усиливается инжекция дырок в базу из эмиттерной области. В конечном результате это приводит к росту коллекторного тока во внешней цепи нагрузки Таким образом, возникающий в базе биполярного транзистора (за счет освещения) объемный заряд неравновесных основных носите-, лей обеспечивает усиление результирующего тока коллектора (фототока) .

Если вывод базы подключить к внешней цепи, то часть неравновесных электронов будет уходить во внешнюю цепь, уменьшится объемный заряд основных носителей в базе, что вызовет снижение усиления фототока. Однако наличие вывода базы у биполярных ФТ позволяет осуществить не только оптическое, но и. электрическое управление ФТ, что иногда необходимо для компенсат ции внешних воздействий (изменений напряжений, температуры и т. д.).

ФТ имеет два входа - световой и электрический. Действие света на ФТ оценивается интегральной токовой чувствительностью 5ит, а действие тока базы - коэффициентом передачи тока Лгш или /г21б-

Ток выходной цепи ФТ

где hiia и кцб - коэффициенты передачи тока.

Интегральная токовая чувствительность ФТ с освещаемой областью базы определяется фоточувствительностью диода, образованного переходом коллектор - база 8ид и коэффициентом передачи тока эмиттера h2ia,

бит = А21эе„л (8-15)

и составляет сотни миллиампер на люмен.

На рис. 8.7,6 показано устройство ФТ, содержащее германиевую пластинку (базу), в которой с разных сторон сформированы

эмиттер и коллектор, снабженные внешними токоотводами че-2>Pj>% рез герметичный корпус со стек-

лянным окном.

Фототиристор. Фототиристор представляет собой фотогальванический приемник излучения, в фоточувствительном элементе которого сформирована структура Рис. 8.8. Вольт-амперные характери- тиристора. Из закрытого в от-стики фототиристора крытое состояние фототиристор

переключается световым сигналом. При освещении одной из баз или эмиттеров за счет поглощения квантов света наступает генерация носителей заряда, что приводит к созданию их избыточной концентрации и снижению потенциального барьера в коллекторном переходе. В итоге, фототиристор открывается.

На рис. 8.8 представлены ВАХ фототиристора при различных световых потоках. Воздействие освещения на фототиристор аналогично воздействию управляющего тока.» С увеличением светового потока (Ф2>Ф1>Фо) фототиристор отпирается при меньшем анодном напряжении. В отличие от управления током фототиристор нельзя возвратить в закрытое состояние, не отключив анодное напряжение.

Фототиристоры используются в качестве управляемых реле в схемах автоматического управления, в устройствах вычислительной и импульсной техники.

§ 8.6. Светоизлучающие диоды

Полупроводниковые светоизлучающие диоды (СИД) непосредственно преобразуют электрическую энергию в энергию светового (видимого или инфракрасного) излучения.

Принцип работы. Инжекция носителей заряда под действием прямого напряжения в электронно-дырочном переходе сопровождается их самопроизвольной рекомбинацией. Рекомбинация происходит как в прилегающих к переходу областях, так.и в самом переходе. Иногда возбужденное состояние носителей заряда создается подачей обратного напряжения, при котором происходит ударная ионизация атомов полупроводника в р-п-переходе с последующей рекомбинацией неравновесных носителей заряда.

В обычных диодах процесс рекомбинации заканчивается выделением энергии в виде квантов тепловых колебаний решетки (фотонов) и является безызлучательным. В отличие от фотонной (безызлучательной) рекомбинации в структурах СИД преобладает фотонная (излучательная) рекомбинация.

Чтобы кванты энергии - фотоны, освободившиеся при рекомбинации, соответствовали квантам видимого света, должна быть относительно большая ширина запрещенной зоны исходного полупроводника (А11Уз>1,7 эВ). Исходными полупроводниковыми материалами СИД являются арсенид галлия GaAs, карбид кремния SiC, фосфид галлия GaP или твердые растворы фосфида и арсенида галлия. Перспективен для изготовления СИД нитрид галлия GaN с Ак;з=3,4 эВ. Энергия квантов света, возникающих в этом материале при рекомбинации носителей заряда, может перекрывать всю видимую область спектра.

Обычно значительная часть рекомбинационных процессов заканчивается выделением фотонов, т. е. безызлучательным переходом электронов, между энергетическими уровнями. Соотношение