7

Лабораторна робота 5 Дослідження вах і світлових характеристик дискретних напівпровідникових фотоприймачів

Завдання до роботи: освоїти методику отримання електрофізичних характеристик фотоприймачів.

Прилади і матеріали: набори фотодіодів, фоторезисторів, фототранзисторів; експериментальний стенд для вимірювання вольт-амперної та світлової характеристики дискретних оптоелектронних приймачів випромінювання; електронно-обчислювальна машина.

Фотоприймач (ФП) – це оптоелектронний прилад для перетворення енергії оптичного випромінювання в електричну енергію. Принцип дії фотоприймача ґрунтується на внутрішньому фотоефекті в напівпро­віднику. Використовується дві форми внутрішнього фотоефекту: фотогальванічний ефект (в напівпровідниках з p-n-переходом – фотодіодах, фототранзисторах, фототиристорах тощо) і ефект фото­провідності (в однорідних напівпровідниках - фоторезисторах). Для внутрішнього фотоефекту, так само як і для зовнішнього, існує червона межа _гр – довгохвильова границя спектральної чутливості матеріалу. При  > _гр фотоефект неможливий.

Ефективність протікання фотоелектричних процесів характери­зується квантовим виходом, який дорівнює відношенню числа генеро­ваних пар електрон-дірка до числа падаючих квантів випромінювання. З різних причин це відношення завжди менше від одиниці. Світлова хвиля затухає експоненційно в напівпровіднику. Коефіцієнт погли­нання змінюється в залежності від матеріалу і сильно залежить від довжини світлової хвилі. Глибину поглинання можна визначити як товщину шару напівпровідника, після проходження якого потік випромінювання зменшується в е = 2,718 разів.

Фоторезистор

Напівпровідникові прилади, принцип дії яких полягає у зміні електропровідності при збудженні їх потоком випромінювання, називаються фоторезисторами (ФР).

Розрізняють три групи фоторезисторів: плівкові, монокристалічні і леговані домішками. До плівкових відносять ФР із свинцевих сполук сірки (РbS), селену (РbSe) і телуру (РbТе). Монокристалічні виготов­ляють з антимоніду індію (ІnSb), телуридів кадмію і ртуті (НgСdТе), сульфіду (СdS) і селеніду (СdSe) кадмію. Леговані ФР (з германію (Се), легованого різними домішками) працюють тільки при низьких температурах.

Інтегральна чутливість S, см^2/Вт, визначається відношенням відносної зміни опору фоторезистора R/R до зміни його освітленості: S = (R/R)/E. Поріг чутливості – мінімальний потік випромінювання, який викликає на виході фотоприймача сигнал, який дорівнює напрузі

шумів або перевищує її в т разів.

Темновий опір – це опір чутливого шару R_т при відсутності опро­мінення фоторезистора. У різних типів ФР величина R_т коливається від десятків Ом до десятків МОм. З усіх параметрів це найменш стабільна величина, значення якої сильно залежить від температури.

На рис. 5.1, а показана типова схема ввімкнення фоторезистора для реєстрації світлового потоку. Оскільки ФР є пасивним фотоприймачем, для його роботи необхідна зовнішня напруга живлення. Залежність фотоструму від прикладеної до ФР напруги при сталій освітленості називають вольт-амперною характеристикою. Ці характеристики, як правило, лінійні.