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].