2. Внутренний фотоэффект.

Внутренний фотоэффект наблюдается лишь в полупроводниках и диэлектриках.

В металлах световая энергия оптического диапазона воздействует только на свободные электроны, их концентрация при освещении металла не изменяется, поэтому внутренний фотоэффект отсутствует.

При освещении полупроводников и диэлектриков часть валентных электронов увеличивает свою энергию за счет световой, преодолевая запрещенную зону, переходят в зону проводимости. У диэлектриков ширина запрещенной зоны имеет большую величину, поэтому внутренний фотоэффект в них проявляется слабее, чем в полупроводниках.

Световая энергия излучается и поглощается веществом в виде квантов (фотонов). К приборам с внутренним фотоэффектом относятся:

- фоторезисторы,

- фотодиоды,

- фототранзисторы,

- фототиристоры.

Фоторезисторы.

Фоторезистор – полупроводниковый фотоэлектрический прибор, в котором используется явление фотопроводимости, т.е. изменение электрической проводимости (сопротивление) полупроводника при его освещении.

Впервые это явление было обнаруженного у селена в 1873 году Ч. Смитом.

Рис. 2.7 Схема включения фоторезистора.

При отсутствии освящения (Ф=0) фоторезистор обладает большим темновым сопротивлением (Rтемн), обусловленном собственной проводимостью полупроводника и темновый ток мал.

При освещении фоторезистора в нём возникают дополнительные свободные электрические заряды – электроны и дырки. Сопротивление (Rсв) уменьшается и световой ток увеличится .

Разность между световым и темновым токами называется фототоком.

Фототок Iф=Iсв-Iтемн.

Материалом для изготовления светочувствительного слоя фоторезистора служит сернистый свинец, сульфит кадмия, селенид кадмия. Этот материал наносится на диэлектрическую подложку (основание) и для механической прочности покрывается слоем прозрачного лака.

Подложка с фоточувствительным слоем помещается в металлический или пластмассовый корпус.

Характеристики фоторезисторов.

Рис. 2.8 Характеристики фоторезисторов:

а) – вольтамперная, б) – световая, в) – спектральная

Вольтамперная характеристика – зависимость фототока от прилаженного напряжения при постоянной освещенности Iф=f(U) при Е=const.

Световая (люкс - амперная) характеристика – зависимость фототока от освещенности полупроводникового слоя при постоянном приложенном напряжении

Iф=f (Е) при U =const

Эта характеристика нелинейная, небольшая чувствительность получается при малых освещениях.

Это позволяет использовать фоторезисторы при измерении очень малых интенсивностях светового потока.

Спектральная характеристика – характеризует чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны.

Определяется она материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента.

Сернисто-кадмиевые резисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые – в красной, сернисто-свинцовые – в инфракрасный.

Применение:

Высокая чувствительность, простота конструкции, малые габариты и значительно большая по сравнению с вакуумными фотоэлементами допустимая мощность рассеивания позволяет использовать их во многих отраслях науки и техники, в фоторелейном и фотометрическом режимах.