4.5. SENSORY (optoelektroniczne)
Podstawą działania elementów optoelektronicznych jest zjawisko
przetwarzania energii promieniowania optycznego w energię elektryczną
lub zjawisko odwrotne.
Ultra-
g� Zakres fal radiowych
X Podczerwień
fiolet
0,01 0,1 10 0,1 1 10 100 1 10 1 10
nm nm nm m�m m�m m�m m�m cm cm m m
Długość fali
c0 =� l� f
(4.13)
ELEMENTY OPTOELEKTRONICZNE
FOTODETEKTORY
FOTOEMITERY
TRANSOPTORY
DIODY
FOTOTRANZYSTORY
FOTODIODY
(LED)
LASERY
FOTOREZYSTORY
PÓA
PRZEWODNIKOWE
- 18 -
W półprzewodnikowych detektorach promieniowania (fotodetekto-
rach) jest wykorzystywane wewnętrzne zjawisko fotoelektryczne 
polegające na
generacji swobodnych nośników ładunku wskutek absorpcji
promieniowania optycznego.
Rozróżnić przy tym można dwa zasadnicze
mechanizmy absorpcji:
międzypasmowy  prowadzący do domieszkowy  prowadzący do
uwolnienia elektronu i dziury. uwolnienia elektronu lub dziury.
Zachodzi gdy energia fotonu
Zachodzi gdy Wf < Wg jest
(Wf=hf) jest większa od szerokości większa od energii jonizacji
pasma zabronionego materiału domieszki (Wj).
półprzewodnika (Wg).
Stąd można określić długofalowy próg absorpcji promieniowania
(maksymalną długość detekowanej fali) pochłanianego przez
półprzewodnik (czyli wykrywany przez fotodetektor):
h �� c0 h �� c0
l�max =� lub l�max =�
(4.14)
Wg Wj
1
Si PbSe
0,8
PbS
0,6
HgCdTe
0,4
0,2
0,4 5,6
1 2 3 4 5
l� �[�m�m]�
- 19 -
Względna czułość widmowa
4.5.1. FOTOREZYSTORY
Rezystancja fotorezystora RE zmienia
się pod wpływem padającego
promieniowania (nie zależy od kierunku
przyłożonego napięcia).
R
E
Strumień światła wywołuje generację
l�f
par elektron-dziura w warstwie
półprzewodnika. Ta dodatkowa liczba
elektronów i dziur powoduje zwiększenie
Półprzewodnik
konduktancji (zmniejszenie rezystancji)
półprzewodnika i w efekcie zwiększenie
Dielektryk
przepływającego przez fotorezystor prądu.
Zależność rezystancji RE
4
2 10
4
2.�10
fotorezystora od natężenia oświetlenia
Ev może być w przybliżeniu opisana
4
wzorem empirycznym:
1.5 10
g�
ć� ��
E0
�� ��
RE =� R0�� ��
(4.15)
4
RE( E) 1 10
E
Ł� ł�
gdzie:
R0  jest rezystancją przy natężeniu
5000
oświetlenia E0 (zwykle 10 lx),
g�  stały współczynnik, zależny głównie od
rodzaju półprzewodnika (np. dla CdS
100
g�=0.5��1.5) 10 100 1 103
10 E 3
1.�10
- 20 -
4.5.2. FOTODIODY
Fotodioda to dioda, która w obudowie
ma umieszczoną soczewkę umożliwiającą
oświetlenie jednego z obszarów złącza.
Oświetlenie złącza PN powoduje:
1) przy pracy bez polaryzacji napięciem
zewnętrznym  powstanie napięcia
fotowoltaicznego;
P N
2) przy pracy w układzie z polaryzacją
zewnętrzną (wsteczną)  wzrost prądu.
zaporowo!
Wyjaśnienie:
W oświetlonym złączu PN w warstwie zaporowej i jej otoczeniu
następuje generacja świetlna par elektron-dziura. Z warstwy zaporowej
dziury są unoszone do obszaru P a elektrony do N.
W przypadku złącza rozwartego
I
nośniki te są magazynowane tworząc
ładunki nieskompensowane  powstaje
U
siła elektromotoryczna  złącze jest
E �= 0
ogniwem fotoelektrycznym.
Gdy złącze jest spolaryzowane
E1�
zaporowo, to nośniki generowane
przez światło wypływają do obwodu
E2�
zewnętrznego, zwiększając wartość
prądu w obwodzie  złącze pracuje
jako fotodioda.
E3�>E2�>E1�
- 21 -
5. UKA
ADY SCALONE
Układ scalony - mikrostruktura (mikrominiaturowy układ elektroniczny),
spełniająca określoną funkcję układową, w której
wszystkie lub część elementów wraz z połączeniami są
wykonane nierozłącznie w jednym cyklu
technologicznym wewnątrz lub na wspólnym podłożu.
Ze względu na skalę scalenia (stopień integracji) wyróżnia się układy:
�� małej skali scalenia SSI (Small Scale Integration), zawierające do
100 elementów;
�� średniej skali scalenia MSI (Medium SI), zawierające 100��1000
elementów;
�� wielkiej skali scalenia LSI (Large SI), zawierające 103��105
elementów;
�� bardzo wielkiej skali scalenia VLSI (Very LSI), zawierające
105��106 elementów;
�� super (ultra) wielkiej skali scalenia SLSI (Super LSI) (ULSI) (Ultra
LSI), zawierające powyżej 106 elementów.
Ze względu na rodzaj techniki elektronicznej wyróżnia się układy:
�� analogowe - operujące sygnałem ciągłym w czasie;
�� cyfrowe - ................?................;
�� mieszane - ................?................
Ze względu na rodzaj elementów czynnych wyróżnia się układy:
�� bipolarne  realizowane za pomocą tranzystorów bipolarnych;
�� unipolarne - realizowane za pomocą tranzystorów polowych
(MOS).
- 22 -
Ze względu na procedurę produkcji wyróżnia się układy:
�� standardowe - wytwarzane wielkoseryjnie, z ustalonym schematem
elektrycznym i charakterystykami układu, bez możliwości zmian, za
wyjątkiem zawczasu przewidzianych;
�� specjalizowane ASIC (Application Specific Integrated Circuits) -
produkowane na zamówienie, nawet w niewielkich seriach, ze schematem
elektrycznym i charakterystykami układu określonymi przez odbiorcę w
ramach ustalonej przez producenta procedury;
�� programowalne układy logiczne  ich schemat funkcjonalny jest
ustalany przez końcowego użytkownika.
Ze względu na sposób wykonania (technologię) wyróżnia się układy:
monolityczne hybrydowe
wszystkie elementy wraz z ich elementy elektroniczne są trwale
połączeniami są wykonane zamontowane na wspólnym
wewnątrz i na powierzchni podłożu dielektrycznym, na
warstwy półprzewodnikowej którym są również wykonane
(krzemowej). wszystkie połączenia pomiędzy
elementami.
Warstwa półprzewodnikowa, w Elementami scalonego układu
której wykonane są elementy MUS, hybrydowego mogą być elementy
stanowi górną część półprzewodnikowej elektroniczne (wykonane różnymi
płytki podłożowej (krzemowej). Warstwa technologiami) nadające się do
ta wraz z połączeniami i podłożem mikromontażu, w tym  monolityczne
stanowi tzw. strukturę układy scalone.
półprzewodnikową MUS.
Strukturę półprzewodnikową lokuje
Ze względu na grubość warstw
się w trakcie mikromontażu na
rozróżnia się układy:
specjalnym metalowym szkielecie,
którego fragmenty, po rozdzieleniu w
cienkowarstwowe (warstwy ok. 2
póz
niejszej fazie produkcji, staną się
mikrometrów)
końcówkami układu.
W następnej fazie mikromontażu za
grubowarstwowe (warstwy od 5 do 50
pomocą złotego drutu wykonuje się
mikrometrów)
połączenia końcowych węzłów
elektrycznych struktury z końcówkami
układu.
- 23 -