Внутренний фотоэффект наблюдается в полупроводниковых материалах при облучении их поверхности лучами света. Он заключается в том, что при поглощении энергии фотона атомом полупроводника может возникнуть пара "электрон - дырка", если этой энергии достаточно для перевода электрона из валентной зоны в зону проводимости, т.е. если поглощённая энергия превышает ширину запрещённой зоны. Интенсивность фотоионизации определяется энергией излучения, её потоком и спектром поглощения полупроводника.

Образование пар "электрон - дырка" обусловливает собственную электропроводность полупроводника, которая в данном случае является фотопроводимостью, причём собственная электропроводность может оказаться значительно больше проводимости примесной.

Внутренний фотоэффект широко применяется в различных фотоэлектрических приборах: фоторезисторах, фотодиодах, фототранзисторах и фототиристорах.

Фоторезисторы.

Фоторезисторы используют в своей работе эффект фотопроводимости. Фоторезисторы выполняются в самых различных конструктивных вариантах, различного назначения, по различным технологиям и с различными параметрами. но в общем виде это - чувствительный к излучению слой полупроводника, прикреплённый к изоляционной подложке, по краям которого смонтированы токоведущие электроды. Для защиты

от атмосферных воздействий верхняя поверхность фотослоя покрыта прозрачным лаком. Вся сборка может быть помещена в защитный корпус, в котором сделано окно для про-

Рис. 143 Рис. 144 хождения излучения. Фоторезистор на принципиальных схемах обозначается символом (Рис.142). Он может вклю-

чаться как в цепь постоянного тока, так и переменного (Рис.143).

При облучении фоторезистора возрастает его проводимость и, соответственно, возрастает ток. Выходное напряжение, пропорциональное потоку излучения, снимается с сопротивления нагрузки RH.

Основными характеристиками фоторезистора являются: 1. Вольтамперные характеристики IФ=f(E) Ф = const .

Это зависимости тока в фоторезисторе от напряжения источника питания Е при постоянном потоке излучения Ф. Эти характеристики практически ли-

123

нейны (Рис.144 ). При Ф=0 через фоторезистор протекает маленький темновой ток; при освещении ток возрастает за счёт увеличения фотопроводимости.

2. Световая характеристика IФ=f(Ф) E = const .

Это зависимость фототока от потока излучения при постоянном напряжении источника. Существенная нелинейность этих характеристик (Рис.145) объясняется не только увеличением количества носителей с увеличением потока излучения Ф, но и процесса их рекомбинации.

3. Спектральная характеристика IФ=f(λ),

где λ - длина волны электромагнитного излучения.

Эта характеристика обусловлена материалом и технологией изготовления фотослоя. Типовой вид этой характеристики

Рис. 145 представлен на Рис.146. IФ

Основными параметрами фоторезисторов являются:

2.Номинальное значение фототока IФНОМ;

3.Темновое сопротивление RТЕМН;

Фотодиоды.

Фотодиод представляет собой полупроводниковый фотоэлектрический

менно и роль токоотвода, располагается монокристалл полупроводника, чаще кремния, в котором создан p-n переход так, что верхняя область имеет очень малую толщину. По периметру верхней зоны выполнен второй токоотвод, а вся верхняя зона освещается источником излучения. Такая конструкция фотодиода обусловливает минимальные потери носителей на рекомбинацию и практически все носители, образовавшиеся в результате поглощения лучистой энергии, будут участвовать в образовании фототока. На принципиальных схемах фотодиод изображается символом (Рис.148).

Фотодиод можно использовать в двух различных вклю-

чениях: фотодиодном и фотогальваническом.

Фотогальваническое включение (Рис.149) предполагает использование фотодиода как источника фото Э.Д.С. Рассмотрим процесс воз-

никновения фото Э.Д.С. в фотодиоде. В отсутствии освещения фотодиода концентрация носителей в его обеих областях будет равновесной, а, следовательно, никакой разности потенциалов между областями не будет. Если же осветить полупроводник лучами света, то в результате поглощения энергии фотонов будут образовываться пары "электрон - дырка". Дырки в об-

ласти р являются основными носителями, поэтому поле ЕР p-n-перехода будет их отталкивать от границы раздела, а вот образовавшиеся свободные электроны, являясь в зоне р неосновными носителями, будут переброшены полем через границу раздела в область n, где они являются основными. Аналогично, в области n из образовавшихся носителей "электрон - дырка" только дырки, являясь неосновными носителями, будут переброшены через границу раздела в область р, а образовавшиеся свободные электроны только пополнят количество основных носителей в области n, увеличив их концентрацию. Таким образом, за счёт поглощённой световой энергии в полупроводнике образуются пары носителей; неосновные носители перебрасываются в соседнюю область электрическим полем p-n перехода, а основные носители остаются в своей области; концентрация носителей возрастает и становится сверхравновесной, т.е. суммарный электрический заряд основных носителей в обеих областях полупроводника уже не уравновешиваются противоположным зарядом ионов примеси и, следовательно, в области р появляется суммарный положительный заряд, а в области n - суммарный отрицательный заряд, которые обусловят возникновение разности потенциалов между областью р и область n. Эта разность потенциалов называют фото Э.Д.С. Если теперь создать внешнюю электрическую цепь между областями р и n, то по ней потечёт электрический ток - фототок под действием возникшей фото Э.Д.С.

Следует отметить, что из всех образовавшихся в результате поглощения лучистой энергии носителей не все будут участвовать в образовании све-

125