home

Квантовая и полупроводниковая электроника: курс лекций

?
53

1.3.2. Фотоэлектрические приёмники теплового излучения
Приёмники на основе фотоэффекта, работающие в диапазоне 8÷14 мкм, выпускаются в основном на базе кристалла твёрдого раствора CdHgTe. Это узкозонный полупроводник, ширина
запрещённой зоны которого меньше энергии фотона с λ=14 мкм:
Введением донорных или акцепторных примесей в кристалл CdHgTe получают узкозонные n- или p-полупроводники.
На границе зон в кристалле образуется p-n-переход аналогично
образованию перехода в кристалле кремния. Поглощение квантов ИК излучения вблизи перехода сопровождается генерацией
пар электрон-дырка, и обратный ток диода возрастает на величину Iф (1.30):
Iобр = I0 + Iф.
Протекание через переход фототока Iф приводит к увеличению числа основных носителей заряда в n- и р-областях полупроводника, что уменьшает общую разность потенциалов p–nперехода φ = φ0 – φф. Измеряя Iобр или φ, можно определять величину потока ИК излучения Фλ, падающего на поверхность
кристалла полупроводника, или её изменение ΔФλ, см. формулы
(1.27) и (1.30).
Концентрация собственных носителей заряда в узкозонном
полупроводнике (1.1), (1.2):
при комнатной температуре (300К) на несколько порядков
больше, чем в кремнии. Во столько же раз будет больше и обратный (темновой) ток фотодиода I0 (1.23). На его фоне слабый
фототок будет неразличим. Чтобы уменьшить темновой ток I0 и
повысить чувствительность к ИК излучению, фотодиоды охлаждают до температуры жидкого азота (77 К) или гелия (4,2 К).
ИК-фотодиоды используют для регистрации излучений отдельных источников. Их конструкция подобна кремниевому фотодиоду (рис.1.18). Принципиальное отличие состоит в том, что
окно закрыто не стеклом, а пластинкой германия, прозрачной
для излучения в диапазоне 8÷12 мкм.