2.2. Фотоелектричні прилади

 Прочитайте і опрацюйте:

Л11, с. 31…33; Л3, с. 91…104.

 Короткі теоретичні відомості та методичні вказівки:

1. Оптичні і фотоелектричні явища в напівпровідниках.

У сучасній електронній техніці широко використовуються напівпровідникові прилади, засновані на принципах фотоелектричного перетворення сигналів. В основі першого з цих принципів є зміна електрофізичних властивостей речовини в результаті поглинання світлової енергії (квантів світла). При цьому змінюється провідність або виникає е.р.с., в результаті змінюється струму в колі в якому включений фоточуттєвий елемент. Другий принцип пов'язаний з генерацією випромінювання в речовині, коли прикладають напругу та протікає струм через світловипромінювальний елемент струмом. Зазначені принципи складають наукову основу оптоелектроніки — нового науково-технічного напрямку, у якому для передачі, обробки і збереження інформації використовуються як електричні, так і оптичні засоби і методи.

Усе різноманіття оптичних і фотоелектричних явищ у напівпровідниках можна звести до наступних основних:

- поглинання світла і фотопровідність;

- фотоефект у р-п переході;

- електролюмінісценція;

Явищем фотопровідності називається збільшення електропровідності напівпровідника під впливом електромагнітного випромінювання.

При освітленні напівпровідника в ньому відбувається генерація електронно - діркових пар за рахунок переходу електронів з валентної зони в зону провідності. Внаслідок цього провідність напівпровідника зростає.

При освітленні електронно-діркового переходу і ділянок напівпровідників, що прилягають до нього, між ними виникає електрорушійна сила. Цей ефект називають фотогальванічним.

Р озглянемо р - п структуру, у якої р - п перехід і безпосередньо прилягаюча до нього частина р - і n-областей піддаються дії світла (рис.2.2.1.) Потік падаючих на напівпровідник фотонів створює в ньому деяку кількість рухливих носіїв зарядів - електронів і дірок. Частина з них, дифундуючи до переходу, досягає його границі, не встигнувши рекомбінувати. На границі переходу електронно-діркові пари розділяються електричним полем переходу. Неосновні носії, для яких поле р - п переходу є прискорюючим, викидаються цим полем за перехід: дірки в р -, а електрони в n - області. Основні носії зарядів затримуються полем переходу у своїй області. У результаті відбувається нагромадження нескомпенсованих зарядів і на р-п переході створюється додаткова різниця потенціалів, називана фото-електрорушійною силою (фото-е. р. с.).

Величина фото-е.р.с. залежить від інтенсивності світлового потоку і звичайно складає десяті частинки вольта. Якщо коло p-n- структури при цьому замкнути, то в ній під дією фото-е.р.с. створюється електричний струм, сила якого залежить від величини світлового потоку й опору навантаження.

Фотогальванічний ефект використовується в вентильних фотоелементах, фотодіодах та фототранзисторах.

2. Фоторезистори.

Фоторезистори (рис. 2.2.2) виготовляють з напівпровіднико­вого матеріалу 4, який наносять тонким шаром на ізоляційну пластинку 5 і армують у оправку 2 з отвором для проходження оптичного випромінювання. Відкриту частину напівпровідникового шару покривають лаком 3. З протилежного боку до напівпровідникового шару прикріплюють електроди для вмикання фоторезистора в електричне коло.

Якщо на фоторезистор діяти потоком оптичних випромінювань, то опір його різко зменшується, що пояснюється внутрішнім фотоефектом - перерозподілом електронів у напівпровіднику при поглинанні випромінювань. Зміна опору зумовлює зміну струму в колі фоторезистора при подаванні напруги від зовнішнього джерела.

П ромисловість випускає фоторезистори для вимірювання видимих, інфрачервоних, рентгенівських і гамма-випромінювань. Найширше застосовуються у сільськогосподарській автоматиці фоторезистори для видимих випромінювань, їх застосовують у схемах фотореле, пристроях контролю рівня, контролю полум'я теплогенераторів, газоаналізаторах тощо.

Нові типи фоторезисторів позначають літерами СФ (опір фоточутливий). Наприклад, СФ2-8 означає: опір фоточутливий на базі сірчистого кадмію, восьмої заводської розробки. Цифра 3 після літер СФ означає селенистий кадмій, цифра 4 - селенистий свинець.