Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

Современные фототиристоры производят на токи от нескольких мА до 500 А и напряжения от нескольких десятков В до 3 кВ. Мощность управляющего светового излучения составляет порядка 1—10 2мВт. Фототиристоры используются в различных устройствах защиты и автоматического управления, а также в мощных высоковольтных преобразовательных устройствах.

Фототранзистор – транзистор, как правило, биполярный, в котором инжекция неравновесных носителей производится на базе внутреннего фотоэффекта; служит для преобразования световых сигналов в электрические с параллельным усилением электрических сигналов. Фототранзистор представляет собой монокристаллическую полупроводниковую пластину, изготовленную из Ge или Si, в которой с помощью специальных технологических приемов созданы три области, они называются, как и в простом транзисторе, базой, коллектором и эмиттером, причем база, в отличие от транзистора, в большинстве случаев вывода не имеет. Кристалл устанавливается в защитный корпус с прозрачным входным окном. Включение во внешнюю электрическую цепь фототранзистора подобно включению биполярного транзистора, изготовленного по схеме с нулевым током базы и общим эмиттером. При попадании света на базу либо коллектор в ней появляются парные носители зарядов (дырки и электроны), они разделены электрическим полем коллекторного перехода. В конце концов в базовой области скапливаются основные носители, что приводит к увеличению тока через фототранзистор по сравнению с током, который обусловливается переносом только тех носителей, появившихся непосредственно под воздействием света, и понижению потенциального барьера эммитерного перехода.

Основными характеристиками и параметрами фототранзистора, как и других фотоэлектрических приборов (фотоэлемента, фотодиода), являются:

1) интегральная чувствительность – отношение фототока к падающему световому потоку. У наилучших образцов фототранзисторов, например, изготовленных по диффузионной планарной технологии, она достигает порядка 10 А/лм;

2) спектральная характеристика – зависимость отношения чувствительности к монохроматическому излучению от длины волны данного излучения, которая позволяет, в частности, установить длинноволновую границу использования фототранзистора; данная граница зависит прежде всего от ширины запрещенной зоны полупроводникового материала, для кремниевого – 1,1 мкм, для германиевого фототранзистора составляет 1,7 мкм;

3) постоянная времени, которая характеризует инерционность фототранзистора, не превышает нескольких сотен мкс. Помимо этого, фототранзистор характеризуется коэффициентом усиления первоначального фототока, который достигает 10 2—10 3раз.

Высокие временная стабильность параметров, чувствительность и надежность фототранзистора, а также его небольшие габариты и сравнительная простота конструкции позволяют широко применять фототранзисторы в системах контроля и автоматики – в качестве элементов гальванической развязки, датчиков освещенности и т. д. С 70-х гг. XX в. конструируются полевые фототранзисторы, являющиеся аналогами полевых транзисторов.

Фотоэлектронный умножитель – электровакуумный прибор, в котором поток электронов, эмитируемый фотокатодом под воздействием оптического излучения, в результате вторичной электронной эмиссии усиливается в умножительной системе; ток в цепи анода намного превышает первоначальный фототок (как правило, в 10 5раз и выше). Изначально был разработан и предложен в период 1930—1934 гг. Л. А. Кубецким. Самыми распространенными являются фотоэлектронные умножители, в которых усиление электронного потока производится при помощи системы дискретных динодов – электродов жалюзийной, коробчатой или корытообразной формы с круговым либо линейным расположением, имеющих коэффициент вторичной эмиссии s > 1.

В подобных фотоэлектронных умножителях для фокусировки и ускорения электронов катодной камере, которая собирает электроны, вылетевшие с фотокатода, в пучок и ориентирующей этот пучок на вход динодной системы, аноду и динодам передают определенные потенциалы относительно фотокатода с помощью высоковольтного источника напряжением 600—3000 В.

Помимо электростатической фокусировки, в фотоэлектронных умножителях иногда используют магнитную фокусировку и фокусировку в скрещенных магнитном и электрическом полях.

Существуют также фотоэлектронные умножители с умножительной системой, они представляют собой непрерывный распределенный динод – одноканальный, имеющий вид канала (трубки) с активным слоем на ее внутренней поверхности, который обладает распределенным электрическим сопротивлением, либо многоканальный, изготовленный из микроканальной пластины. При подключении канала к источнику высокого напряжения в нем возникает электрическое поле, которое ускоряет вторичные электроны, многократно соударяющиеся с внутренними стенками канала и вызывающие при каждом столкновении с поверхности активного слоя вторичную электронную эмиссию.

Фотокатоды фотоэлектронных умножителей изготавливают из полупроводников на базе соединений элементов I или III группы Периодической системы Менделеева с элементами V группы. Полупрозрачные фотокатоды, как правило, наносят на внутреннюю поверхность входного окна стеклянного баллона фотоэлектронного умножителя.

Для производства дискретных динодов применяют следующие материалы: эпитаксиальные слои GaP на Mo, обработанные O 2; сплавы CuAlMg, CuBe; Cs 3Sb, наносимый в виде слоя на металлическую подложку и др.

Каналы непрерывных динодов производят из стекла с высоким содержанием свинца. Подобные каналы после термообработки в H 2обладают удельным сопротивлением поверхностного слоя 10 7—10 10Ом × м.

Основными параметрами фотоэлектронных умножителей являются: световая анодная чувствительность – при номинальных потенциалах электродов отношение анодного фототока к провоцирующему его световому потоку, составляет 1—10 4А/лм; спектральная чувствительность, которая равна спектральной чувствительности фотокатода, помноженной на коэффициент усиления умножительной системы, находящейся, как правило, в пределах 10 3—10 8; темновой ток – ток в анодной цепи во время отсутствия светового потока, обычно не превышает 10 -9—10 -10А.

Наибольшее использование фотоэлектронные умножители получили в ядерной физике (спектрометрические фотоэлектронные умножители) и в установках для изучения недолговременных процессов (временные фотоэлектронные умножители). Фотоэлектронные умножители применяют также в оптической аппаратуре, устройствах лазерной и телевизионной техники.