Для нефизических специальностей Лабораторная работа №14.
Исследование оптических и электрических свойств фоторезисторов.
Цель: Изучить фоторезисторы и научиться исследовать их
оптические и электрические характеристики.
Оборудование:
Фоторезистор.
Вольтметр Э59 (0-250в).
Выпрямитель (6 В, 12 А).
ВУП–2М.
Миллиамперметр Э535(5mA).
Магазин сопротивлений Р33.
Лампа накаливания (6в,12кд).
Набор сеток.
Соединительные провода.
Теория.
1.Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках.
В современной электронной технике широко используются полупроводниковые приборы, основанные на принципах фотоэлектрического и электрооптического преобразования сигналов. Первый из этих принципов обусловлен изменением электрофизических свойств вещества в результате поглощения в нем световой энергии (квантов света). При этом изменяется проводимость вещества или возникает э. д. с., что приводит к изменениям тока в цепи, в которую включен фоточувствительный элемент. Второй принцип связан с генерацией излучения в веществе, обусловленной приложенным к нему напряжением и протекающим через светоизлучающий элемент током. Указанные принципы составляют научную основу оптоэлектроники – нового научно-технического направления, в котором для передачи, обработки и хранения информации используются как электрические, так и оптические средства и методы.
Фотоэлектрический прибор-это прибор, в котором воздействие лучистой энергии оптического диапазона (область инфракрасных, видимых и ультрафиолетовых лучей) вызывает временное обратимое изменение его электрических свойств.
Свет управляет в фотоэлектрическом приборе электрическим током или электронным потоком. В настоящее время широко распространены три типа фотоэлектрических приборов:
1.фоторезисторы, являющиеся фотоэлектрическими приборами с внутренним фотоэффектом, так как воздействие светового потока увеличивает число носителей электрических зарядов внутри самого прибора;
2.фотоэлектирческие приборы с запирающем слоем, в которых воздействие светового потока создает разность потенциалов на границах электронно-дырочного перехода в полупроводнике.
3. вакуумные и газононаполненные фотоэлементы с внешним фотоэффектом.
Первые два типа фотоэлектрических приборов являются полупроводниковыми, а последний принадлежит к числу электровакуумных приборов.
Фоторезисторы по своему устройству и технике применения являются простейшими из фотоэлектрических приборов. В фоторезисторах лучистая энергия, поглощаемая слоем полупроводника (селен, сернистый висмут, сернистый кадмий, сернистый свинец и т.д.), вызывает значительное увеличение числа носителей зарядов (электронов или дырок), а, следовательно, уменьшение сопротивления элемента. Вентильным действием фоторезисторы не обладают. Большинство фоторезисторов изготовляют на стеклянном основании в виде пластины, на которую нанесен тонкий слой металла, не подверженного коррозии, серебра, золота, платины.
Этот металл служит для образования контактов с полупроводником. В металле прорезается извилистая щель, таким образом, чтобы образовались два гребнеобразных электрода. Сверху напыляется слой полупроводника, толщина которого должна быть не больше средней глубины проникновения в проводник света. Таким образом, длина фоторезистора равна ширине щели, а поперечное сечение относительно велико, так как равно произведению толщины слоя полупроводника на суммарную длину щели между электродами(0,01-0,5см). При таких соотношениях сопротивление фотоэлемента не очень велико, несмотря на большое удельное сопротивление самого полупроводника. Этим обеспечивается достаточная чувствительность фоторезистора. Покровный слой прозрачного лака защищает полупроводник от внешних воздействий. Фоторезистор включается последовательно с управляемым им устройством и источником электроэнергии.
Все многообразие оптических и фотоэлектрических явлений в полупроводниках можно свести к следующим:
– поглощение света и фотопроводимость;
– фотоэффект в p-n переходе;
– электролюминесценция;
– стимулированное когерентное излучение.