Меню

Что такое темновой ток чем он определяется

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Темновой ток

Темновой ток , создаваемый объемной тепловой генерацией носителей, можно снижать выбором материала с большим объемным временем жизни. Снижение тока поверхностных утечек достигается пассивацией поверхности. [1]

Темновой ток и шумы ФЭУ определяют порог чувствительности приемника излучения. Темновой ток ФЭУ вызывают термоэлектронная эмиссия фотокатода и динодов, ток утечки между выводами анода и другими электродами ФЭУ, ток автоэлектронной эмиссии с динодов и других электродов прибора, ионный ток остаточного газа, ток оптической обратной связи. [2]

Темновой ток может существенно возрасти за счет оптической обратной связи, обусловленной люминесценцией стекла колбы под действием рассеянных электронов. При плохом вакууме возникающие за счет ионизации газа положительные ионы бомбардируют катод и первые диноды, что также приводит к увеличению темнового тока. [3]

Темновой ток , очевидно, следует учитывать в случае измерения очень низких освещенностей и в тех случаях, когда его величина может быть сравнима и неотделима от фотоэлектрического тока, который необходимо измерять. Темновой ток зависит от материала катода. Известно, что чувствительность к инфракрасным лучам соответствует высоким значениям темнового тока. Серебряно-цезиевый оксидный катод является единственным, чувствительность которого простирается до инфракрасной области. [4]

Темновой ток этих диодов существенно зависит от температуры. Например, при измерении температуры от 30 до 50 С темновой ток изменяется в 5 раз. [5]

Темновые токи и сопротивления фоторезисторов принято определять через 30 сек после затемнения — фоторезнсторов, предварительно находившихся под освещенностью 200 лк. Необходимость измерений через 30 сек обусловлена наличием инерционности у фоторезисторов — темновой ток, а следовательно, и темновое сопротивление в силу инерционности устанавливаются не сразу после прекращения освещения. Например, у фоторезисторов ФСК-1 отношение темновых токов, измеренных после затемнения через 30 сек и через 16 ч, может достигать трех порядков. Однако такое изменение может быть несущественным для практики, так как темновые токи очень малы. [6]

Темновой ток ограничивает чувствительность фотоумножителя. Этот ток возникает в результате выброса электронов из катода при термической активации или в результате радиоактивного излучения, вызывающего люминесценцию баллона. Он значительно уменьшается при охлаждении фотоумножителя сухим льдом или жидким воздухом. [7]

Темновой ток снижается охлаждением, но с помощью этого фотоумно — г жителя можно проводить фотолюминесцентные измерения при большой чувствительности и без охлаждения. [9]

Темновые токи у сурьмяно-цезиевых фотоэлементов практически отсутствуют. [10]

Темновой ток в виде фона накладывается на полезный фотоэлектрический сигнал от измеряемого светового потока, в частности от спектральной линии. [11]

Темновой ток можно устранить, применяя модуляцию светового потока с последующим применением усилителя переменного тока с достаточно узкой частотной полосой пропускания. [13]

Темновой ток обычно равен десятым долям микроампера; он увеличивается с возрастанием анодного напряжения на фотоэлементе. [14]

Источник

Фотодиоды и фотопроводники

Фотодиоды и фотопроводники

Фотодиоды. Принцип действия

Фотодиод работает подобно обыкновенному сигнальному диоду. Отличие заключается в том, что фотодиод генерирует фототок, когда свет поглощается в области переходного слоя полупроводника. Это устройство обладает высокой квантовой эффективностью, а потому находит применение в решении многих задач.

При работе с фотодиодами необходимо точно определить значения выходного тока и учесть чувствительность к падающему свету. На рисунке 1 показана схема фотодиода, состоящая из основных компонентов.

формула 1 ф ифрис1 ф фиф

Рисунок 1. Простейшая модель фотодиода. Photodetector — фотодетектор. Junction capacitance — емкость перехода. Series resistance – последовательное сопротивление. Shunt resistance – шунтирующее сопротивление. Load resistance – сопротивление нагрузки

Терминология

Читайте также:  Источник постоянного тока 12v

Чувствительность

Чувствительность фотодиода может быть определена как отношение генерируемого фототока (IPD) к мощности падающего света (P) на заданной длине волны :

форм2 фи ф

Режим работы

Фотодиоды могут работать в одном из двух режимов – без внешнего источника электрической энергии (режим фотогенератора) либо с внешним источником электрической энергии (режим фотопреобразователя). Выбор режима зависит от требований к скорости работы и количества допустимого темнового тока (тока утечки).

Режим фотопреобразователя

В режиме фотопреобразователя применяется внешнее обратное смещение, которое заложено в основе детекторов серии DET. Ток в контуре определяет освещенность устройства; выходной ток линейно пропорционален входной оптической мощности. Применение обратного смещения увеличивает ширину обедненного перехода, создавая повышенную чувствительность и уменьшая емкость перехода. Таким образом возникают линейные зависимости некоторых величин. Работа в этих условиях, как правило, приводит к увеличению темнового тока; но на это влияет и сам материал фотодиода. (Примечание: детекторы DET работают в режиме обратного направления)

Режим фотогенератора

В фотогальваническом режиме смещение равняется нулю. Ток от устройства ограничен, напряжение в цепи возрастает. В основе этого режима заложен фотогальванический эффект — на нем же работают солнечные батареи. Количество темнового тока при работе в фотогальваническом режиме минимально.

Темновой ток

Темновым током называют ток утечки, который возникает при приложении напряжения смещения к фотодиоду. При работе в режиме фотопреобразователя наблюдается увеличение темнового тока, и его зависимость от температуры. Теоретически темновой ток удваивается при каждом повышении температуры на 10°C, а сопротивление шунта удваивается при повышении на 6°C. Конечно, большее смещение может уменьшить емкость перехода, но количество присутствующего тока утечки при этом увеличится.

На темновой ток также влияет материал фотодиода и размер активной области. Обычно кремниевые фотодиоды создают низкий темновой ток по сравнению с устройствами из германия. В приведенной ниже таблице перечислены некоторые материалы, используемые в производстве фотодиодов и их относительные темновые токи, скорость, чувствительность и стоимость.

Источник

Измерения темнового тока и сопротивления

date image2014-02-09
views image3268

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Измерения электрических параметров

В связи с электрической природой выходного сигнала фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения крайне важно установить единую методику описания и определения электрических параметров и характеристик фотоприемников. Некоторые из них при низких частотах могут рассматриваться как простые переменные резисторы. Другие, особенно в области высоких частот, должны быть представлены в виде сложной эквивалентной схемы, включающей иногда нелинейные элементы. Электрические параметры приемника при модулированном излучении могут значительно отличаться от параметров при немодулированном излучении. Поэтому значения параметров эквивалентной схемы приемника должны соответствовать реальным условиям его работы.

К числу основных электрических параметров ФЭПП относятся темновой ток фотоприемника, его темновое сопротивление, дифференциальное сопротивление и ёмкость.

Темновой ток является параметром, характерным для фотоприемников, работающих при подаче смещения (или напряжения питания) от внешнего источника. Поскольку любой фотоприемник представляет собой некоторое конечное сопротивление, подключение его к внешнему источнику напряжения вызывает в нем протекание электрического тока, который и рассматривается здесь как темновой. Величина этого тока определяется величиной приложенного напряжения и сопротивлением приемника. Измерение темнового тока в этом случае аналогично измерению постоянного тока в любой другой схеме и осуществляется с помощью стандартных амперметров, включаемых последовательно в цепь, состоящую из источника питания, фотоприемника и резистора нагрузки. Как и в общем случае, выбирая измерительный прибор для контроля величины темнового тока, следует обращать внимание на то, чтобы его внутреннее сопротивление не оказывало заметного влияния (в пределах допустимой погрешности измерения) на параметры схемы в целом, то есть на величину измеряемого тока. Ввиду малых значений темнового тока для его контроля обычно используют гальванометры или микроамперметры с относительно малым внутренним сопротивлением. Допустимо определение темнового тока по величине падения напряжения на нагрузочном резисторе. Для этой цели могут быть использованы вольтметры постоянного тока с большим входным сопротивлением.

Читайте также:  Беспроводное передача тока теслы

В соответствии с ГОСТ 17772-88 измерения темнового тока рекомендуется проводить на измерительной установке, функциональная схема которой приведена на рисунке 12.3

Рисунок 12.3 — Функциональная схема установки для измерения темнового тока

Конструкция измерительной установки должна исключать влияние рассеянного света и посторонних источников излучения на результаты измерений.

Тип источника излучения следует выбирать с учетом параметров измеряемого изделия, установленных в стандартах или ТУ на изделие конкретных типов. Максимальное значение потока излучения, падающего на ФЭПП, должно выбираться из условия работы ФЭПП на линейном участке его энергетической характеристики. Нестабильность потока излучения не должна выходить за пределы интервала .

Источник питания ФЭПП должен обеспечивать установление напряжения питания ФЭПП с погрешностью, которая не должна выходить за пределы интервала ,если иное не оговорено в ТУ на ФЭПП конкретного типа. Коэффициент пульсации должен находиться в пределах % и не оказывать влияние на результат измерения параметров ФЭПП.

Измерители тока и напряжения должны обеспечивать измерение, погрешность которых не должна выходить за пределы .

Испытуемый ФЭПП следует поместить в посадочное место измерительной установки, подключить его к измерительной цепи, закрыть светозащитным экраном и установить режим измерения в соответствии с требованиями ТУ на ФЭПП конкретного типа. Для измерения темнового тока ФЭПП устанавливают напряжение питания ФЭПП в соответствии с требованиями ТУ на ФЭПП конкретного типа и по показаниям измерителя тока регистрируют значение темнового тока ФЭПП. Если в ТУ на ФЭПП конкретного типа предусмотрено проводить измерение темнового тока после предварительного освещения его световым потоком, то уровень освещенности, время освещения и промежуток времени между снятием освещенности и измерением темнового тока должны соответствовать ТУ на ФЭПП конкретного типа.

Для измерения общего тока и фототока устанавливают режим измерения в соответствии с требованиями ТУ на ФЭПП конкретного типа и измеряют ток при облучении (общий ток). По результатам измерений общего тока и темнового тока необходимо вычислить фототок ( I ф ) по формуле

где Iобщ. – общий ток ;

Погрешность измерения темпового тока , общего тока и фототока не должна выходить за пределы интервала ±5% с заданной вероятностью P=0.912.

Темновое сопротивление R т фотоприемника является весьма важным параметром , определяющим выбор оптимальной нагрузки , а потому – подлежащим обязательному измерению . Измерения проводятся классическим методом амперметра – вольтметра, и Rт рассчитывается как отношение падения напряжения на фотоприемнике к величине протекающего через него темпового тока . Поскольку в большинстве случаев приемники являются достаточно высокоомными (десятки и сотни килом, единицы мегом), погрешностями за счет влияния внутреннего сопротивления измерительных приборов обычно можно пренебречь.

Темновое сопротивление ( Rт ) следует вычислять по формуле

где U – напряжение питания ФЭПП .

Погрешность измерения темнового сопротивления ФЭПП не должно выходить за пределы интервала ± 5 % с заданной вероятностью P = 0.95 .

По результатам измерения темновых токов фотоприемника при различных напряжениях питания можно построить его вольт – амперную характеристику, которая позволяет выбрать рабочую точку, определить оптимальные рабочие напряжения, а также их предельные значения. Она же является основой для расчета дифференциального сопротивления (Rдиф=dU/dI) при различных рабочих напряжениях.

Читайте также:  Формула магнитной индукции для замкнутого тока

Из определения следует, что дифференциальное сопротивление соответствует тангенсу угла наклона к оси абсцисс касательной в соответствующей точке вольтамперной характеристики.

Источник



Темновой ток

Как уже упоминалось, темновой ток – это результат спонтанной генерации электронно-дырочных пар и есть явление неизбежное, однако бороться с ним можно. Дело в том, что теоретическая величина темнового тока для кремния (если брать в расчёт только прямую генерацию через запрещённую зону) крайне мала, и на самом деле темновой ток в ПЗС (как и обратные токи в обычных кремниевых приборах) определяется двустадийной генерацией через промежуточные энергетические уровни в запрещённой зоне. Понятно, что чем меньше концентрация этих уровней – а она определяется качеством исходного кремния, чистотой реактивов и степенью совершенства технологии – тем меньше темновой ток. Понятно также, что граница раздела, где этих уровней заведомо много, даёт заметно больший вклад в темновой ток, чем объём. И вот здесь-то и надо вспомнить про МРР-приборы. Их отличие от обычных ПЗС в том, что под одной из тактовых фаз доза канала увеличена, соответственно и потенциал канала при фиксации будет выше. Таким образом, даже если на всех фазах напряжение на затворе таково, что поверхностный потенциал фиксирован, в канале переноса потенциальный рельеф сохраняется, а значит, возможно локализованное накопление зарядовых пакетов. Поверхность же замкнута на подложку и исключается из процесса генерации темнового тока.

В настоящее время типовые значения темнового тока для лучших западных ПЗС составляют при комнатной температуре сотые доли нА/см2, или несколько сотен (иногда тысяч) электронов на ячейку в секунду. И если для вещательного и бытового ТВ (время накопления 20 или 40 мс) такой темновой ток незаметен, то для научных применений, где регистрируются потоки в десяток фотонов на элемент, даже столь низкий темновой ток неприемлем. Действительно, время накопления в малокадровых системах, скажем, Флуоресцентной микроскопии достигает минут, а в астрономии, когда нужно получить спектр звезды 20-й величины (совершенно типовое дело), – часов. В этом случае на помощь приходит охлаждение матриц. Как всякий термодинамический процесс, темновой ток сильно зависит от абсолютной температуры; принято считать, что при уменьшении температуры на каждые 7-8 градусов он уменьшается вдвое. Для глубокого охлаждения (в астрономических системах) используются азотные криостаты, где матрицы охлаждаются до -100С о .

Для более простых систем применяется термоэлектронное охлаждение с использованием батарей Пельтье, которые способны обеспечить перепад в 70 о С при подаче напряжения в 5-6 В, так что температура кристалла при комнатной наружной оказывается около -40 о С.

Темновой ток при этом уменьшается до

1 электрона на ячейку в секунду. Эти батареи столь компактны, что монтируются непосредственно в один корпус вместе с кристаллом ПЗС.

Ну и наконец, в цифровых системах на ПЗС, поскольку характеристика его отличается высокой линейностью, можно просто запоминать темновой сигнал (при данной температуре и данном времени накопления), а затем вычитать его из результирующего. Этот приём известен как «коррекция темнового кадра» (dark field correction)

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник