пературе, как правило, имеют выходную мощность порядка одного, а чаще долей милливатта.

Заканчивая рассмотрение полупроводниковых источников света, отметим еще два их свойства, которые могут быть использованы при построении оптико-электронных схем. Первое свойство заключается в том, что как излучение лазерных, так и люминесцентных диодов можно легко промодулировать путем соответствующей модуляции тока накачки. Такой вид модуляции носит название внутренней. Частотный предел при этом может быть более гигагерца.

"7- 2

31JUJU

Рис. 9. Быстродействующий люминесцентный днод.

а - конструкция диода (/ - арсенид галлия; 2 - молибден, покрытый золотом; 3 - керамика; 4 - крышка из ковара, покрытая золотом; 5 - соединение); б -крепление диода в штепсельном разъеме (К - сверхминиатюрный коаксиальный кабель 50 ом).

Указанное свойство может найти самое широкое применение во всевозможного рода устройствах. Другое свойство заключается в возможности использования полупроводниковых диодов для усиления световых потоков. Сообщалось, что в США с помощью лазерного арсенид-галлиевого диода получено усиление светового сигнала примерно в 2 000 раз с мощностью на выходе 150 мет. Заметим также, что в настоящее время известны арсенид-галлиевые диоды, обладающие туннельной характеристикой, что также открывает хорошие перспективы по созданию индикационных, запоминающих и бистабильных логических оптико-элекгронных схем.

2. ПРИЕМНИКИ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ

Все фотоприемники можно подразделить на три основных типа: фотоприемники с внешним фотоэффектом, фотоприемники с внутренним фотоэффектом и лазерные устройства, которые могут использоваться в режиме приемников и усилителей световой энергии.

Внешний фотоэффект характеризуется эмиссией электронов в вакуум из поверхности тела фотокатода под влиянием энергии фотонов, падающих на эту поверхность. Фотоны при этом сообщают электронам вещества фотокатода энергию, достаточную для их вырывания из атомной решетки этого вещества. У поверхности фотокатода возникает электронное облако, состоящее из свободных за-

рядов, в случае приложения внешнего напряжения между анодом и катодом через прибор начинает протекать электрический ток, величина которого зависит от материала катода и параметров светового потока (интенсивности и спектрального состава).

Внутренний фотоэффект сопровождается переходами электронов и дырок внутри полупроводника из связанных состояний в свободные без выхода электронов наружу. При этом различают два проявления внутреннего фотоэффекта. Первое из них состоит в том, что в результате появления свободных носителей заряда изменяется сопротивление полупроводника. Фотоприемники, работающие на этом принципе, называются фоторезисторами (фотосопротивлениями). Второе проявление внутреннего фотоэффекта заключается в возникновении фото-э. д. с. на границе двух контактирующих материалов (металл - полупроводник или два полупроводника). Фотоприемники, основанные на этом явлении, называются вентильными фотоэлементами (они названы так из-за того, что область контакта обладает вентильными свойствами). Если последовательно с вентильным элементом включить нагрузочное сопротивление, то возникающая фото-э. д. с. обеспечит протекание тока через это сопротивление при отсутствии внешнего источника (питающего напряжения). Таким образом, вентильные фотоэлементы являются генераторами, непосредственно преобразующими энергию света в электрическую без каких-либо затрат энергии внеших источников. К таким приборам относятся поликристаллические вентильные фотоэлементы и монокристаллические кремниевые фотоэлементы (солнечные батареи).

Вентильные фотоэлементы, работающие с приложением внешнего напряжения, называются фотодиодами. Следует, кстати, отметить, что фотодиоды могут использоваться в вентильном режиме без внешних источников питания. Приборы, работающие на принципе внутреннего фотоэффекта с внешним приложенным напряжением и осуществляющие внутреннее усиление фототока, называются фототранзисторами (фототриодами). Оба последних типа приборов являются фоточувствительными монокристаллическими полупроводниковыми приборами.

Наконец, промежуточными фотоприемниками в тракте передачи светового сигнала могут служить лазерные устройства, работающие в режиме усиления. В таких устройствах слабые световые сигналы преобразуются в мощные световые импульсы.

Фотоприемники с внешним фотоэффектом можно разделить на простые (двухэлектродные вакуумные фотоэлементы) и сложные (многоэлектродные фотоэлектронные приборы). Из числа последних наибольшее распространение получили фотоэлектронные умножители, работающие с внутренним усилением фототока при помощи вторич- ной электронной эмиссии. Внений фотоэффект используется также в таких устройствах, как передающие телевизионные трубки изображения, преобразующие световые сигналы изображения в электрические импульсы, и в устройствах, получивших название электронно-оптических преобразователей, преобразующих световые сигналы одной спектральной области в световые сигналы другой спектральной области, усиленные по величине (яркости). Электронно-оптические преобразэватели громоздки, недостаточно прочны и требуют высоковольтных источников питания, поэтому они применяются в основном для исследований и измерений в лабораторной практике.

Следует отметить, что в настоящее время применяются или

находятся в стадии разработки такие приборы, как фоточувствительные полевые транзисторы, полупроводниковые фотоэлектронные умножители и полупроводниковые светочувствительные переключатели типа р-п-р-п. В последние годы начали разрабатываться фотоэлементы, использующие фотоэлектромагнитные явления, а также явления, возникающие при неравномерном освещении полупроводников.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффекгом представляют собой большой класс приборов, широко используемых в схемах автоматики и в оптико-электронных ячейках и устройствах цифровых вычислительных машин. Переход электронов из невозбужденного состояния в зону проводимости требует меньших затрат энергии, чем процесс вырывания электронов с поверхности фотокатода, который имеет место в приборах с внешним фотоэффектом. Поэтому у фотоприемников с внутренним фотоэффектом длинноволновая граница области чувствительности сдвинута в "инфракрасную область спектра, и эти приборы наиболее пригодны для работы именно в этой области. Внешний фотоэффект наблюдается при освещении как металлов, так и полупроводников, так как для этого необходимо лишь, чтобы энергия квантов света превосходила величину потенциального барьера на границе тела. Внутренний же фотоэффект проявляется только в полупроводниках и диэлектриках.

Фоторезисторы. Впервые изменение электрического сопротивления под действием света было обнаружено еще во второй половине прошлого века во время опытов с пластинкой из селена. В настоящее время материалом для изготовления фоторезисторов служит большое количество других полупроводников и их соединений (таких, например, как CdSe, CdTe, ZnS, PbS и др.). Чаще всего полупроводниковые материалы, применяемые для изготовления фоторезисторов, имеют поликристаллическую структуру. Сопротивление их намного выше (в отсутствие света), чем у металлов. Это сопротивление называется темновьм сопротивлением. Большое значение темпового сопротивления объясняется тем, что в кристаллической решетке полупроводника число свободных или слабо связанных со своими атомами электронов мало. При освещении фоторезистора в нем под действием квантов световой энергии возникают свободные электроны и дырки. Эти носители электрических зарядов увеличивают ток проводимости через фоторезистор, снижая тем самым его сопротивление.

В наиболее распространенной конструкции фоторе-истора на стеклянную пластину-подложку наносят тонкие полосы металла (золото, платину, серебро). Таких полос может быть две или несколько. В последнем случае они объединены в две группы, каждая из которых служит одним из внешних выводов фоторезистора. Поверх этих полос наносится тонкий слой фотопроводника, заполняющего и все промежутки между выводами. Обычно толщина фоточувствительного слоя не превосходит глубины проникновения света в толщу полупроводника. Сверху для защиты от внешних воздействий окружающей среды пластину покрывают слоем защитного лака, прозрачного для спектральной рабочей области фоторезистора. Затем пластину с выводами помещают в специальный корпус с двумя штырьками для включения в схему. В зависимости от применяемого для фоторезистора полупроводникового материала получают приборы с различными спектральными характеристиками. Спектральная чувствительность сернистоталлиевого фоторезистора, например, ох-