62. Фоторезисторы.

Ф оторезисторы 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 прохождения излучения. Фоторезистор на принципиальных схемах обозначается символом (Рис.142). Он может включаться 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 R_H.

Основными характеристиками фоторезистора являются:

1. Вольтамперные характеристики I_Ф=f(E) .

Это зависимости тока в фоторезисторе от напряжения источника питания Е при постоянном потоке излучения Ф. Эти характеристики практически линейны (Рис.144 ). При Ф=0 через фоторезистор протекает маленький темновой ток; при освещении ток возрастает за счёт увеличения фотопроводимости.

2. Световая характеристика I_Ф=f(Ф) .

Э то 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 I_Ф=f(λ),

где λ - длина волны электромагнитного излучения.

Эта характеристика обусловлена материалом и технологией изготовления фотослоя. Типовой вид этой характеристики представлен на Рис.146.

Основными параметрами фоторезисторов являются:

1. Чувствительность ;

2. Номинальное значение фототока I_ФНОМ;

3. Темновое сопротивление R_ТЕМН;

4. Отношение ;

5. Рабочее напряжение Е_РАБ.

63. Фотодиоды.

Фотодиод представляет собой полупроводниковый фотоэлектрический прибор, содержащий p-n переход, и использующий явление внутреннего фотоэффекта.

Фотодиод можно использовать в двух различных включениях: фотодиодном и фотогальваническом.

Ф отогальваническое включение (Рис.149) предполагает использование фотодиода как источника фото Э.Д.С. Рассмотрим процесс возникновения 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 области р являются основными носителями, поэтому поле Е_Р 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 светового тока, а только те, которые попадают в зону действия электрического поля потенциального барьера, ограниченную на (Рис. 150) областью δ. Остальные неосновные носители, образовавшиеся вне этой зоны, скорее всего рекомбинируют, снижая эффективность использования световой энергии. Отсюда становится ясной целесообразность консруктивного в ыполнения фотодиода (Рис. 150), когда освещают не обе области полупроводника, а только одну, зато очень тонкую, когда практически все образовавшиеся под действием освещения неосновные носители будут разделены р-n переходом.