Фотоэлектронные приборы: фоторезисторы, фото и светодиоды
Фотоэлектронные
(ФЭ) –это приборы, преобразующие
энергию света (оптического излучения)
в электрическую. В основном используются
ультрафиолетовое (
),
видимое (
)
и инфракрасное (
)
излучения.
Работа
ФЭ основана на внутреннем и внешнем
фотоэффектах. Внутренний
фотоэффект заключается в том, что
энергия света разрывает ковалентные
связи атомов с электронами и они,
освобождаясь, переходят из валентной
зоны в зону проводимости, обусловливая
электропроводимость. При этом, согласно
теории Эйнштейна, энергия фотонов света
Wф
должна превышать ширину запрещенной
зоны
полупроводника, в связи с чем фотоэффект
возможен при длине волны
,
меньшей некоторого граничного значения
λгр,
называемого «красной границей:
λф
< λгр=
с / f
= h
с / ΔWзз
≈ 1,23/
ΔWзз
(мкм)
с
– скорость света (
)
в вакууме; 
– постоянная Планка; 
– ширина запрещенной зоны, ограниченная
дном ЗП (Wc)
и потолком ВЗ (Wv)
в электрон-вольтах (эВ).
На основе внутреннего фотоэффекта разработано большое количество полупроводниковых ФЭ приборов: фоторезисторы, фотодиоды, фото-транзисторы, светодиоды, фототиристоры, оптроны, фотоемкости, фотоваристоры и т. д.
Внешний
фотоэффект также широко используется
в других фотоэлектронных приборах,
относящихся к группе фотоэмиссионных,
например, в вакуумных фотоумножителях,
телевизионных трубках (супериконоскоп,
суперортикон ) и др. Этот эффект
заключается в том, что энергия фотона
расходуется на преодоление работы
выхода
из вещества и приобретение электроном
кинетической энергии .
Фоторезисторы
Фоторезистор – это ФЭ прибор, в котором в результате внутреннего фото- эффекта при его освещении светом возрастает электропроводность.
Внешний вид, обозначение и схема включения фоторезистора
Конструктивно - это тонкая пластинка или пленка из полупроводниковых сернистых или селенистых соединений кадмия, висмута или свинца 1 с двумя токопроводящими контактами 2, и укрепленная на несущей изоляционной подложке 3. Для защиты от влаги поверхность полупроводника покрывают прозрачным лаком, а саму пластинку помещают в пластмассовый корпус с окном для проникновения света. Он включается в любой полярности ЭДС.
Его фототок равен разности тока Iс при освещении и темнового тока Im (без освещения):
; 
При
освещении в зависимости от светового
потока уменьшение сопротивления
достигается в 500–1000 раз в диапазоне
частот от 10Гц
до 10кГц.
Основное применение фоторезисторов –
в качестве датчиков освещённости
в измерительных и информационных
устройствах автоматики [12].
Фотодиоды
Фотодиод (ФД) – это П-П диод, в котором в результате внутреннего фото-эффекта при воздействии света в p-n переходе возникает односторонняя фото-проводимость. Конструктивно - это кристалл с p-n переходом, перпендикуляр-но плоскости которого направлен световой поток.
У него два режима работы: фотогенераторный (или, в различных источ-никах – запирающий, фотогальванический, фотовольтаический, вентильный) – без внешнего источника питания, и фотодиодный (иногда фотопреобразо-вательный) – с внешним источником.
В первом случае фотодиод используется как фотоэлемент, генерирующий под действием света электрическую энергию (фото-ЭДС в солнечных батареях) , а во втором – в разнообразных фотодатчиках устройств автоматики.
