Напівпровідникові фотоприймачі

• Фотоприймачі призначені для перетворення світлових сигналів в електричні. У напівпровідникових фотоприладах використовується внутрішній фотоефект, який полягає в тому, що при опроміненні електрони напівпровідникового кристала набирають додаткової енергії, що необхідна для вивільнення їх з ковалентних зв’язків. Тому в напівпровідниках з’являються додаткові носії електричного заряду, які збільшують їх електропровідність.

Фоторезистори

Фоторезисторами називають напівпровідникові прилади, електричний опір яких змінюється під дією світла. Конструктивно фоторезистор складається з діелектрика 3, на який нанесено світлочутливий шар напівпровідника 1, і зовнішніх електродів 2 (рис. а).

• Схема вмикання фоторезистора до електричного кола показана на рис. б. Увімкнення джерела Е не залежить від полярності, оскільки фоторезистор не має вентильних властивостей.

• Вихідним матеріалом для виготовлення світлочутливого шару фоторезистора є PbS, CdSe або CdS

Будова (а), схема вмикання (б) та статична характеристика (в) фоторезистора

Напівпровідникові фотоприймачі

• За відсутності світла (світловий потік Ф=0) фоторезистор має великий темновий опір, і при прикладенні зовнішньої напруги через нього протікає малий темновий струм I_Т. Під дією світла опір фоторезистора зменшується, і через нього проходить струм

I=C + I_Т,

де С - коефіцієнт пропорціональності;

Ф - світловий потік;

I_Т - темновий струм (темновий опір фото резистора – сотні кілоомів).

Залежність I= f(Ф) при Е=const відповідно до формули показана на рис. в.

При низьких рівнях освітлення залежність I= f(Ф) можна вважати лінійною:

I=C_ФФ + I_Т,,

де C_Ф- інтегральна чутливість фоторезистора.

• Недоліками фоторезисторів є нелінійність характерис­тики I= f(Ф) та мала швидкодія (граничні частоти приладу не перевищують 1 кГц).

• Фоторезистори застосовують як оптоелектронні датчики, а також як фотоприймачі в оптронах.

Фотодіоди

• У фотодіодах кристал напівпровідника обернений до скляного вікна, через яке надходить світловий потік. Під дією світла на p–n перехід фотодіода внаслідок явища внутрішнього фотоефекту в областях біля переходу відбувається додат­кова генерація пар “електрон-дірка”. Під дією дифузійного поля p–n переходу фотодірки переміщуються до p-області, а фотоелектрони – до n області. При цьому створюється фото ЕРС E_Ф= (0,1  1,0) В, залежність якої від світлового потоку показана на рис. 1.

• Під дією цієї фото ЕРС у зовнішньому колі фотодіода протікає фотострум I_Ф, що збігається за напрямком зі зворотним струмом p-n – переходу (рис. 2).

• Оскільки фотострум протікає незалежно від струму, який викликається зовнішнім джерелом напруги, то вираз для повного струму може бути записаний у вигляді I=I_S(- 1)

де I_S - струм насичення (екстракції) – переходу; U - зовнішня напруга; I_Ф - фотострум.

• Дія фото ЕРС на p–n перехід еквівалентна додатковому зворотному зміщенню переходу, наслідком чого є збільшення зворотного струму фотодіода на величину I_Ф .

• Сім’я ВАХ фотодіода показана на рис. 3.

До пояснення принципу дії фотодіода

Залежність фотоЕРС від світлового потоку

Сім’я ВАХ фотодіода