Фоторезисторы

Фотоэлектрические приборы на основе внутреннего фотоэффекта

Внутренний фотоэффект наблюдается в полупроводниковых материалах при облучении их поверхности лучами света. Он заключается в том, что при поглощении энергии фотона атомом полупроводника может возникнуть пара «электрон – дырка», если этой энергии достаточно для перевода электрона из валентной зоны в зону проводимости, т.е. если поглощённая энергия превышает ширину запрещённой зоны. Интенсивность фотоионизации определяется энергией излучения, её потоком и спектром поглощения полупроводника.

Образование пар «электрон – дырка» обусловливает собственную электропроводность полупроводника, которая в данном случае является фотопроводимостью, причём собственная электропроводность может оказаться значительно больше проводимости примесной.

Внутренний фотоэффект широко применяется в различных фотоэлектрических приборах: фоторезисторах, фотодиодах, фототранзисторах и фототиристорах.

Фоторезисторы используют в своей работе эффект фотопроводимости. Фоторезисторы выполняются в самых различных конструктивных вариантах, различного назначения, по различным технологиям и с различными параметрами, но в общем виде это – чувствительный к излучению слой полупроводника, прикреплённый к изоляционной подложке, по краям которого смонтированы токоведущие электроды. Принципиально возможно две конструкции фоторезисторов: поперечная и продольная.

В первом случае электрическое поле, прикладываемое к фоторезистору, и возбуждающий свет действуют во взаимно перпендикулярных плоскостях (рис. 6.8, б), во втором – в одной плоскости. В продольном фоторезисторе возбуждение осуществляется через электрод прозрачный для светового излучения. Поперечный фоторезистор представляет собой почти омическое сопротивление до частот порядка десятков – сотен мегагерц. Продольный фоторезистор из-за конструктивных особенностей имеет значительную электрическую ёмкость, которая не позволяет считать фоторезистор чисто омическим сопротивлением на частотах сотни – тысячи герц.

В качестве исходного материала фоторезистора чаще всего используется теллуристый кадмий (CdTe), селенистый теллур (TeSe), сернистый висмут (BiS), сернистый кадмий (CdS) и др.

Для защиты от атмосферных воздействий верхняя поверхность фотослоя покрыта прозрачным лаком. Вся сборка может быть помещена в защитный корпус, в котором сделано окно для прохождения излучения. Он может включаться как в цепь постоянного тока, так и переменного (рис. 6.9).

При облучении фоторезистора возрастает его проводимость, и соответственно возрастает ток. Выходное напряжение, пропорциональное потоку излучения, снимается с сопротивления нагрузки .

Основными характеристиками фоторезистора являются:

1. Вольт-амперные характеристики .

Это зависимости тока в фоторезисторе от напряжения источника питания E при постоянном потоке излучения Ф. Эти характеристики практически линейны (рис. 6.10). При Ф = 0 через фоторезистор протекает маленький темновой ток; при освещении ток возрастает за счёт увеличения фотопроводимости.

2. Световая характеристика .

Это зависимость фототока от потока излучения при постоянном напряжении источника. Существенная нелинейность этих характеристик (рис. 6.11) объясняется не только увеличением количества носителей с увеличением потока излучения Ф, но и процесса их рекомбинации.

3. Спектральная характеристика S* = f (), где – длина волны электромагнитного излучения.

Эта характеристика обусловлена материалом и технологией изготовления фотослоя. Типовой вид этой характеристики представлен на рис. 6.12.

Основными параметрами фоторезисторов являются:

1. Чувствительность: .

2. Номинальное значение фототока .

3. Темновое сопротивление .

4. Отношение .

5. Рабочее напряжение .

Значительная зависимость сопротивления фоторезистора от температуры, характерная для полупроводников, является их недостатком. Существенным недостатком фоторезисторов также является их инерционность, объясняющуюся большим временем рекомбинации электронов и дырок после прекращения воздействия излучения. На практике фоторезисторы применяются на частотах сотен герц – единиц килогерц. Собственные шумы их довольно значительны. Несмотря на эти недостатки, фоторезисторы широко применяются в различных схемах автоматики и во многих других устройствах.

Дата добавления: 2015-06-04