光电晶体管工作原理与结构特点明白了

  在开发出第一个点接触晶体管之后,贝尔实验室的一个团队发明了光电晶体管。当时,大量的开发工作正在启动。尽管光电晶体管的历史不像其他半导体的早期发展那样被公开,但它无疑是一个非常重要的发展。

 

  什么是光电晶体管?

 

  一种诸如光电晶体管的半导体器件包括具有光敏基区的三层。这里,基极区域检测光并将其转换为在两个区域(例如发射器和收集器)之间提供的电流。

 

  除了基极区域之外,光电晶体管结构可以像普通晶体管一样完成。在这种类型的晶体管中,不提供流向基极区域的电流,但光能可用作输入。

不了解光电晶体管,理解工作原理与结构特点明白了(图1)

  或者,光电晶体管也被视为包含电流放大器的光电二极管。晶体管直接从光子变为电荷,类似于光电二极管,还提供电流增益。下面显示的光电晶体管符号与普通晶体管符号相同,但主要区别在于其上的两个箭头将解释入射到晶体管基极端子上的光。

 

  与普通晶体管类似,除了从基极到集电极端子的尺寸外,这些晶体管还包括大增益。在这种类型的晶体管中,基极-集电极结的尺寸更大,因为它是传感器的感光区域。

不了解光电晶体管,理解工作原理与结构特点明白了(图2)

  当结的尺寸较大时,它将产生明显更好的结电容。因此,尽管增益很高,但这些晶体管的频率响应比光电二极管小。

 

  工作原理

 

  光电晶体管的工作原理类似于包含放大晶体管的光电二极管的工作原理。光落在光电晶体管的基极端子上,然后它会感应一个小电流,然后通过普通晶体管的作用将电流放大,从而产生大范围的电流。通常,与相关光电二极管相比,光电晶体管产生的电流是光电二极管电流的50–100倍。

 

  光电晶体管是由半导体材料制成的。一旦光落在材料上,半导体材料的电荷载流子(如空穴或电子)将导致在基极区域提供电流。其基极区域可用于晶体管偏置。

 

  光通过晶体管的基极端子,在反向偏置中形成电子-空穴对。电场压力下的电子流动将在基极区产生电流。电流可以在发射区注入电子。这种晶体管的主要缺点是频率响应低。

 

  光电晶体管结构

 

  与普通晶体管相比,光电晶体管的集电极和基极端子具有更大的面积。光电晶体管IC的最佳示例是2n5777光电晶体管。

 

  基极端子的面积可以增加以增加产生的电流量,因为当更多的光落在晶体管上时,将产生巨大的电流。以前,它是用单一的半导体材料设计的,比如锗或硅。目前,这些晶体管由砷和镓组成,以获得高效率。

不了解光电晶体管,理解工作原理与结构特点明白了(图3)

  最后,光电晶体管的排列可以在一个金属盒中完成,并且在盒的顶部放置一个透镜以吸收入射的辐射。光电晶体管的结构与普通晶体管非常相似。早些时候,锗和硅材料被用来制造这种光电晶体管。

 

  发射极-基极结通过正向偏置连接,而集电极-基极区通过反向偏置连接。只要没有光线落在晶体管的表面上,由于电荷载流子的数量很少,在光电晶体管的顶部就会产生一点反向饱和电流。

 

  光能在集电极和基极的交界处下降,然后产生大部分载流子,并将电流增加到反向饱和电流。下图显示电流随光强度的增加而增加。

 

  特点

 

  下面讨论光电晶体管的特性。

 

  在下图中,x轴表示晶体管集电极-发射极区域中的外加电压,y轴表示整个器件的集电极电流供应,单位为Ma。从下图中,我们可以注意到集电极区域中的电流如何随入射光的强度而变化。

不了解光电晶体管,理解工作原理与结构特点明白了(图4)

  集电端子中的电流因光强而增强。集电极区域中的电流随波长和光强度而变化。在上图中,我们可以注意到,当它落在基座上时,电流会随着光强度的增加而增加。基极电流的差异也由光强度的差异表示。

文章来源:www.sztengcang.com(藤仓自动化)

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