2 Полупроводниковые компоненты

2.1 Полупроводниковые резисторы

Влияние температуры, излучений, электрических магнитных полей, деформаций и других факторов на поверхность полупроводникового материала используется при создании различных полупроводниковых резисторов.

2.1.1 Фоторезисторы

Фоторезистор представляет собой полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения. Светочувствительный элемент фоторезистора изготавливают в виде прямоугольной или круглой таблетки, спрессованного материала или тонкой плёнки стеклянной подложке. Фоторезистор имеет пластмассовый или металлический корпус. Отдельные типы фоторезисторов выполняются в бескорпусном исполнении. Светочувствительный элемент в них защищён от воздействия внешней среды прозрачной пластмассовой плёнкой. Принцип устройства фоторезистора поясняется на рисунке. 2.1, а. На диэлектрическую пластину 1 нанесен тонкий слой полупроводника 2 с контактами 3 по краям. Схема включения фоторезистора приведена на рис. 2.1, б. Полярность источника питания не играет роли.

Если облучения нет, то фоторезистор имеет некоторое большое сопротивление R_т, называемое темновым. Оно является одним из параметров фоторезистора и составляет 10⁴ – 10⁷ Ом. Соответствующий ток через фоторезистор называют темновым током. При действии излучения с достаточной энергией фотонов на фоторезистор в нем происходит генерация пар подвижных носителей заряда (электронов и дырок) и его сопротивление уменьшается.

Для фоторезисторов применяют различные полупроводники, имеющие нужные свойства. Так, например, сернистый свинец наиболее чувствителен к инфракрасным, а сернистый кадмий – к видимым лучам. Фоторезисторы характеризуются удельной чувствительностью, т.е. интегральной чувствительностью, т.е. отнесенной к 1 В приложенного напряжения:

S_уд = I/(ФU), (2.1)

где Ф – световой поток.

Обычно удельная чувствительность составляет несколько сотен или тысяч микроампер на вольт-люмен.

Фоторезисторы имеют линейную вольтамперную и нелинейную энергетическую характеристику (рисунок 2.2). К параметрам фоторезисторов кроме темнового сопротивления и удельной чувствительности следует еще отнести максимальное допустимое рабочее напряжение (до 600 В), кратность изменения сопротивления (может быть до 500), температурный коэффициент фототока ТКФ = ∆I/(I∆T)=10^-3÷10^-4 град ^-1. Значительная зависи­мость сопротивления от температуры, характерная для полупроводников, является недостатком фоторезисторов. Существенным недостатком надо считать также их большую инерционность, объясняющуюся довольно большим временем рекомбинации электронов и дырок после прекращения облучения. Практически фоторезисторы применяются лишь на частотах не выше нескольких сотен герц или единиц килогерц. Собственные шумы фоторезисторов значительны. Тем не менее, фоторезисторы широко применяются в различных схемах автоматики и во многих других устройствах.

Рисунок 2.1 – Принцип устройства и схема включения фоторезистора

Рисунок 2.2. – Вольтамперная (а) и энергетическая (б) характеристики фоторезистора

Фоторезисторы обозначаются буквами СФ (сопротивление фоточувствительное) или ФС (старое обозначение). Буквами А, К, Д в старом обозначении и цифрами соответственно 1,2,3 в новом обозначении обозначается материал, используемый для светочувствительного элемента (А(1) – РbS; K(2) – CdS; Д(3) – CdSe).

Цифры, стоящие после дефиса характеризуют конструктивное оформление фоторезистора. Перед цифрой может стоять буква Г, обозначающая герметизированную конструкцию. Габаритные чертежи фоторезисторов различных видов представлены на рисунке 2.3 а, б, в, г [4].

а)б)

в)г)

Рисунок 2.2. – Габаритные чертежи фоторезисторов различных видов