Фотоэлектронные умножители. Устройство, принцип действия.

Фотодиоды.основные параметры и характеристики.

Структурная схема фотодиода и схема его включения при работе в фотодиодном режиме: 1 — кристалл полупроводника; 2 — контакты; 3 — выводы; Ф — поток электромагнитного излучения; п и р — области полупроводника соответственно с донорной и акцепторной примесями; Е — источник постоянного тока; Rн — нагрузка.

Фотодиод, полупроводниковый диод, обладающий свойством односторонней фотопроводимости

при воздействии на него оптического излучения.Фотодиод представляет собой полупроводниковый кристаллобычно с электронно-дырочным переходом (р–n-переходом), снабженный 2 металлическими выводами (один от р-, другой отn-области) и вмонтированный в металлический или пластмассовый защитный корпус. Материалами, из которых выполняют Фотодиод, служат Ge, Si, GaAs, HgCdTe и др. Различают 2 режима работыФотодиод: фотодиодный, когда во внешней цепиФотодиод содержится источник постоянного тока, создающий на р–n-переходе обратное смещение, и вентильный, когда такой источник отсутствует. В фотодиодном режимеФотодиод, как и фоторезистор,используют для управления электрическим током в цепиФотодиод в соответствии с изменением интенсивности падающего излучения. Возникающие под действием излучения неосновные носители диффундируют через р–n-переход и ослабляют электрическое поле последнего. Фототок в Фотодиод в широких пределах линейно зависит от интенсивности падающего излучения и практически не зависит от напряжения смещения. В вентильном режиме Фотодиод, как и полупроводниковый фотоэлемент,используют в качестве генератора фотоэдс.

Основные параметры Фотодиод: 1) порог чувствительности (величина минимального сигнала, регистрируемого Фотодиод, отнесённая к единице полосы рабочих частот), достигает 10-14 вт/гц1/2; 2) уровень шумов – не свыше 10-9 а; 3) область спектральной чувствительности лежит в пределах 0,3–15 мкм; 4) спектральная чувствительность (отношение фототока к потоку падающего монохроматического излучения с известной длиной волны) составляет 0,5–1 а/вт; 5) инерционность (время установления фототока) порядка 10-7–10-8 сек. В лавинном Фотодиод, представляющем собой разновидность Фотодиод с р–n-cтруктурой, для увеличения чувствительности используют т. н. лавинное умножение тока в р–n-переходе, основанное на ударной ионизации атомовв области перехода фотоэлектронами. При этом коэффициент лавинного умножения составляет 102–104. Существуют такжеФотодиод с р–i–n-cтруктурой, близкие по своим характеристикам к Фотодиод с р–n-cтруктурой; по сравнению с последними они обладают значительно меньшей инерционностью (до 10-10 сек).

Фотоэлектронные умножители. Устройство, принцип действия.

Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) — электровакуумный прибор, в котором поток электронов, излучаемый фотокатодом под действием оптического излучения (фототок), усиливается в умножительной системе в результате вторичной электронной эмиссии; ток в цепи анода (коллектора вторичных электронов) значительно превышает первоначальный фототок (обычно в 10⁵ раз и выше). Фотоэлектронный умножитель состоит из входной (катодной) камеры (образуется поверхностями фотокатода, фокусирующих электродов, первого динода), умножительной динодной системы, анода и дополнительных электродов. Все элементы размещаются в вакуумном корпусе (баллоне).
Наиболее распространены ФЭУ, в которых усиление потока электронов осуществляется при помощи нескольких специальных электродов изогнутой формы — «динодов», обладающих коэффициентом вторичной эмиссии больше 1. Для фокусировки и ускорения электронов на анод и диноды подаётся высокое напряжение (600—3000 В). Иногда также применяется магнитная фокусировка, либо фокусировка в скрещенных электрическом и магнитном полях.

Существуют фотоэлектронные умножители с полупроводниковыми умножающими элементами (гибридные), принцип действия которых основан на явлении ионизации атомов полупроводника при его бомбардировке электронами.

В зависимости от конструкции динодной системы ФЭУ разделяются на:

· системы на дискретных динодах с электростатической фокусировкой электронных пучков (наиболее часто используемые диноды коробчатые, ковшеобразной и тороидальной формы),

· системы на дискретных динодах сквозного типа (динодами являются сетки, жалюзи, плёнки),

· системы на распределённых динодах (пластинчатые, щелевые и трубчатые).

Основные параметры ФЭУ

· Световая анодная чувствительность (отношение анодного фототока к вызывающему его световому потоку при номинальных потенциалах электродов), составляет 1—10⁴ А/лм

· Спектральная чувствительность (равная спектральной чувствительности фотокатода, умноженной на коэффициент усиления умножительной системы, лежащий обычно в пределах 10³—10⁸) (до 10¹¹)^[1];

· Темновой ток (ток в анодной цепи в отсутствие светового потока), как правило, не превышает 10⁻⁹—10⁻¹⁰ А.