Новые пути

Ученые и инженеры, занятые во многих странах разработкой различных приемников света, не успокоились на достигнутом и в последние три года получили новые поразительные результаты.

Первых успехов добились создатели очень сходных с фотосопротивлениями устройств, названных фототранзисторами. Фотодиоды (двухэлектродные устройства) и фототриоды (трехэлектродные устройства) стали изготавливать из двух важнейших полупроводниковых материалов - германия и кремния, именно тех материалов, из которых изготавливают все остальные типы транзисторов.

Фотодиоды и фототриоды по своим размерам оказались еще меньше фотосопротивлений, но они обладают поистине замечательными свойствами. Фотодиоды по чувствительности уступают только лучшим типам фотосопротивлений, но зато значительно превосходят их по быстродействию. Инерционность их настолько мала, что даже при изменении интенсивности света с частотой 100 и 200 тысяч периодов в секунду или при вспышках, длящихся стотысячные доли секунды, они почти не теряют чувствительности и продолжают выдавать достаточные по величине сигналы. Но это только начало, в дальнейшем фотодиоды можно значительно усовершенствовать.

Фотодиод может пропускать сравнительно небольшие токи. Зато фототриод и в этом не уступает и даже превосходит фотосопротивления. По чувствительности некоторые типы фототриодов догоняют уже фотоумножители. Правда, пока еще не все фототриоды имеют малую инерционность, но в этом направлении делается многое, и уже появились первые сообщения о том, что некоторые типы фототриодов могут реагировать на свет, пульсирующий с частотой в десятки миллионов периодов в секунду, или на кратковременные вспышки; длящиеся одну десятимиллионную долю секунды. Такие фототриоды уже вполне пригодны для использования в световых дальномерах.

Следует сказать еще об одном важном преимуществе фотодиодов и фототриодов. Оно заключается в том, что они могут без всяких повреждений или ухудшения свойств работать в чрезвычайно широком диапазоне освещенностей: от сумеречной до освещенности прямыми солнечными лучами. В этом они мало уступают человеческому глазу и значительно превосходят фотоумножители. Последние не выдерживают больших освещенностей. И при интенсивной засветке высокочувствительные фотоумножители сразу же выходят из строя. Если к этому добавить, что фототриоды и фотодиоды имеют очень малые габариты, значительно прочнее и неизмеримо проще в эксплуатации, то можно сказать, что в ближайшем будущем они найдут широкое применение.

Спектральная характеристика фотодиодов и фототриодов зависит от материала, из которого они выполнены. При применении германия красная граница чувствительности доходит до 1,6-1,7 микрона, то есть находится в области инфракрасных лучей. Кремниевые фотодиоды и фототриоды имеют высокую чувствительность только в области видимых световых лучей.

Характеристика спектральной чувствительности приемников света является очень важным параметром этих устройств. Она определяет применимость их в тех или иных случаях. В настоящее время за рубежом ведутся работы с целью расширить границы чувствительности и, в особенности, продвинуть их в инфракрасной области. Пока "чемпионами" являются фотосопротивления из сернистого свинца, теллуристого свинца и из соединения селена со свинцом. Красная граница таких фотосопротивлений лежит на волнах длиной от 3 до 5 микронов.

Но и это еще далеко не предел. В настоящее время в лабораториях многих стран мира исследуются все новые и новые материалы с удивительными свойствами. Страницы специальных технических журналов все чаще занимают статьи и сообщения о новых опытах и новых экспериментальных фотосопротивлениях, оставляющих по своим качествам далеко позади уже используемые техникой фотосопротивления. Наиболее многообещающими являются фотосопротивления из германия, легированного¹ золотом, и из сурьмянистого индия. Оба эти материала позволяют создать чрезвычайно чувствительные приемники света с красной границей чувствительности на 7,5 и даже на 10 микронах. Стоит сказать, что волны длиной 10 микронов интенсивно излучают тела, температура которых равна всего лишь плюс 15 градусам. Инерционность таких фотосопротивлений чрезвычайно мала. Они успевают хорошо реагировать на световые вспышки, длящиеся меньше одной миллионной секунды.

¹ (Легирование - введение в расплавленные или твердые металлы некоторых химических элементов для получения сплава с требуемыми свойствами.)

В фотосопротивлениях, так же как и в обычных фотоэлементах, при нагреве количество вредных термоэлектронов увеличивается. Поэтому фотосопротивления необходимо охлаждать. Но в данном случае требование охлаждения становится тем более настоятельным, чем более длинные волны должно воспринимать фотосопротивление. Так, если мы хотим создать прибор, который должен реагировать на волны длиной 10 микронов, фотосопротивление, оптика и вся конструкция прибора должны быть охлаждены до температуры значительно более низкой, чем плюс 15 градусов. В противном случае все они тоже будут излучать энергию примерно на таких же длинах волн и тем самым создавать паразитное излучение, которое может полностью замаскировать полезное. Мы знаем, что тепло, тепловая энергия всегда передается от более нагретого тела к более холодному. Инфракрасные лучи как раз и являются тепловыми лучами, переносящими на расстояние тепловую энергию. Поэтому, если фотосопротивление будет иметь температуру более высокую или равную температуре излучающего тела, уловить такое излучение фотосопротивление не сможет. Новые виды фотосопротивлений охлаждают до температуры минус 200 градусов и ниже.

Уже говорилось, что чувствительность фотосопротивлений очень высока. Но в диапазоне видимого света она все же значительно ниже, чем у глаза. Тем не менее во многих случаях фотосопротивления успешно заменяют глаз человека. Зарубежная пресса сообщает, что на вооружении армий многих стран мира состоят реактивные самонаводящиеся снаряды, а проще - ракеты, которые, увидев цель, самостоятельно, без каких-либо внешних управляющих команд настигают и поражают ее. В таких ракетах часто применяются оптические автоматы самонаведения, где роль глаза, указывающего направление на цель, выполняет фотосопротивление, а частично роль мозга - специальная электронная схема, в которую поступают сигналы с фотосопротивления.

Но не только в военной технике можно применять самонаводящиеся снаряды. Недавно в американском журнале был опубликован проект использования автоматических ракет для тушения лесных пожаров. Этот проект основывается на свойствах фотосопротивлений улавливать инфракрасные лучи, которые обильно излучает любое тело, нагретое до температуры возгорания. Такие автоматические самонаводящиеся ракеты будут помещаться на вышках, построенных в лесных массивах. При возникновении очага пожара ракеты, в поле зрения которых окажется этот очаг, автоматически запустятся и, долетев до места пожара, взорвутся, выпустив при этом большое количество веществ, подавляющих огонь.

Если учесть, что некоторые типы фотосопротивлений в состоянии уловить энергию от огонька сигареты, находящейся на расстоянии до 800 метров, такие ракеты будут неплохими пожарными. Думается, что в лесу, охраняемом такими бдительными сторожами, никто не осмелится курить,