2.5.3. Устройство фоторезисторов и фотодиодов

Устройство неохлаждаемых фоторезисторов и фотодиодов, чувствительность которых обычно ограничена областью собственного поглощения света в полупроводнике ( мкм), может мало отличаться от таких распространенных полупроводниковых приборов как, например, маломощные транзисторы.

Чувствительный элемент фоторезистора с собственным фотоэффектом или фотодиода из-за сильного поглощения излучения, как правило, имеют вид пленки или пластинки толщиной от 0,1 до 100 мкм. Готовый ЧЭ укрепляется на подложке или формируется одним из методов полупроводниковой технологии [2.27] на диэлектрической или полупроводниковой подложках. Материал подложки [2.28] должен удовлетворять требованиям к уровням электропроводности, температурного удлинения, теплопроводности, адгезии и других свойств. Чувствительный элемент фотоэлектрических полупроводниковых приемников излучения должен быть снабжен омическими контактами [2.29].

Для защиты от влияния окружающей среды ЧЭ фотоэлектрических приемников излучения обычно располагаются в герметических металлическом [2.30] или пластмассовом корпусах. Корпус приемника должен иметь входное окно, которое может быть выполнено из стекла (в области длин волн 0,4…3 мкм), кварца и кварцевого стекла (0,2…4,5 мкм), сапфира (0,2…6 мкм) или оптических кристаллов [2.21].

Конструктивно-технологические причины могут оказывать заметное влияние на скорость поверхностной рекомбинации фотоносителей в ЧЭ и, следовательно, на коротковолновую чувствительность фоторезисторов и фотодиодов. В фоторезисторах практически единственный способ снижения потерь фотоносителей из-за поверхностной рекомбинации – это соответствующая технология обработки поверхности ЧЭ [2.31, 2.32, 2.33]; в фотодиодах влияние поверхностной рекомбинации на чувствительность может уменьшаться не только технологическими мерами, но и конструктивными решениями [2.34].

Работа фоторезисторов, чувствительных к инфракрасным волнам с длиной 5…7 мкм и более, обусловлена примесной фотопроводимостью, т.е. фотогенерацией носителей, локализованных на мелких акцепторных или донорных уровнях с энергией ионизации E эВ, которая должна быть меньше энергии падающих фотонов эВ. Разумеется, фоточувствительность в примесной области спектра оказывается возможной, если носители, связанные на мелких уровнях, не ионизованы ранее теплом. Для этого ЧЭ должен находиться при низкой температуре, меньшей температуры истощения примеси , где - эффективные плотности энергетических состояний в валентной зоне или зоне проводимости полупроводника; - концентрации акцепторной или донорной примесей. Такие фоторезисторы обычно называют охлаждаемыми. Так как для их охлаждения используют разнообразные криостаты, а в последние годы часто различные миниатюрные холодильные устройства, то охлаждаемые приемники излучения конструктивно заметно сложнее и дороже неохлаждаемых.

2.5.4. Фоторезисторы

Фоторезистор (ФР) – это полупроводниковый приемник излучения, действие которого основано на явлении фотопроводимости, т.е. изменении электропроводности чувствительного элемента под действием света, вызывающего генерацию неравновесных свободных носителей тока – фотоносителей.

Для обнаружения фотопроводимости и измерения электрического сигнала (фототока или напряжения), вызванного поглощенным потоком излучения, фоторезисторы включают в разнообразные электрические схемы [2.16], подобные схемам включения болометров [2.6].