Фоторезисторы

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОПТОЭЛЕКТРОНИКА

Работа различных полупроводнико­вых приемников излучения (фоторезисто­ры, фотодиоды, фототранзисторы, фото­тиристоры) основана на использовании внутреннего фотоэффекта, который со­стоит в том, что под действием излу­чения в полупроводниках происходит генерация пар носителей заряда — элект­ронов и дырок. Эти дополнительные носители увеличивают электрическую проводимость. Такая добавочная прово­димость, обусловленная действием фото­нов, получила название фотопроводимо­сти. У металлов явление фотопрово­димости практически отсутствует, так как у них концентрация электронов про­водимости огромна (примерно 10²² см"³) и не может заметно увеличиться под действием излучения. В некоторых при­борах за счет фотогенерации электронов и дырок возникает ЭДС, которую при­нято называть фото-ЭДС, и тогда эти приборы работают как источники тока. А в результате рекомбинации электро­нов и дырок в полупроводниках обра­зуются фотоны, и при некоторых усло­виях полупроводниковые приборы могут работать в качестве источников излуче­ния.

В следующих параграфах рассматри­ваются наиболее широко применяемые полупроводниковые приборы, работаю­щие в качестве приемников или источ­ников излучения, а также приборы, представляющие собой сочетание источ­ников и приемников излучения и полу­чившие название оптронов. Многие из описанных в этой главе приборов изго­товляются не только в виде дискретных элементов для РЭА, но уже входят и в состав интегральных микросхем.

Фоторезистор представляет собой полупроводниковый резистор, сопротив­ление которого изменяется под действием излучения. Принцип устройства фоторезистора поясняется на рис. 13.1, а. На диэлектрическую пластину 1 нанесен тонкий слой полупроводника 2 с контак­тами 3 по краям. Схема включения фоторезистора приведена на рис. 13.1,6. Полярность источника питания не играет роли.

Если облучения нет, то фоторези­стор имеет некоторое большое сопро­тивление R_T, называемое темновым. Оно является одним из параметров фоторе­зистора и составляет 10⁴— 10⁷ Ом. Соот­ветствующий ток через фоторезистор называют темновым током. При дей­ствии излучения с достаточной энерги­ей фотонов на фоторезистор в нем происходит генерация пар подвижных носителей заряда (электронов и дырок) и его сопротивление уменьшается.

Для фоторезисторов применяют раз­личные полупроводники, имеющие нуж­ные свойства. Так, например, сернистый свинец наиболее чувствителен к инфра­красным, а сернистый кадмий — к види­мым лучам. Фоторезисторы характери­зуются удельной чувствительностью, т. е. интегральной чувствительностью *, отнесенной к 1 В приложенного напря­жения:

(13.1)

где Ф — световой поток.

Обычно удельная чувствительность составляет несколько сотен или тысяч микроампер на вольт-люмен.

Фоторезисторы имеют линейную вольт-амперную и нелинейную энерге­тическую характеристику (рис. 13.2). К параметрам фоторезисторов кроме тем-нового сопротивления и удельной чув­ствительности следует еще отнести мак­симальное допустимое рабочее напряже­ние (до 600 В), кратность изменения сопротивления (может быть до 500), тем­пературный коэффициент фототока ТКФ = Д//(/ AT). Значительная зависи­мость сопротивления от температуры, характерная для полупроводников, яв­ляется недостатком фоторезисторов. Су­щественным недостатком надо считать также их большую инерционность, объ­ясняющуюся довольно большим време­нем рекомбинации электронов и дырок после прекращения облучения. Практи­чески фоторезисторы применяются лишь на частотах не выше нескольких сотен герц или единиц килогерц. Собственные шумы фоторезисторов значительны. Тем не менее фоторезисторы широко приме­няются в различных схемах автоматики и во многих других устройствах.

Рис. 13.1. Принцип устройства и схема вклю­чения фоторезистора Рис. 13.2. Вольт-амперная (а) и энергетиче­ская (б) характеристики фоторезистора.

Дата добавления: 2014-01-14