2.6.3. Обчислення величини фотопровідності

Розглянемо методику обчислення величини _ст при використанні модульованого освітлення. Принципова схема установки для вимірювання _ст названим методом зображена на рис. 2.9. Напівпровідниковий зразок з темновим опором r₀ освітлюється прямокутно модульованим світлом. Модуляція інтенсивністю світлового потоку здійснюється за допомогою механічного модулятора М. Послідовно зі зразком увімкнені: батарея постійного струму, напруга якої дорівнює V, та опір навантаження R. Під час обертання диска модулятора, що перериває світловий потік, опір зразка через виникнення в ньому нерівноважних носіїв заряду, які зумовлюють фотопровідність, змінюється з частотою переривання світла. Внаслідок цього струм у колі зразка є сумою постійної та змінної складових. Спадання напруги на опорі R теж складатиметься зі змінної та постійної складових.

Змінну складову спаду напруги на опорі R позначимо через u. Вона підсилюється підсилювачем змінного струму, на виході якого вмикається реєструючий прилад (на схемі не показаний).

Знайдемо взаємозв’язок між змінною напругою u, що подається на вхід підсилювача, та змінною провідності _ст при освітленні зразка. Уведемо такі позначення: зміну опору зразка при освітленні позначимо через r, струм при затемненні через І_т, а при освітленні через І_с. Змінна складова струму дорівнює І_с – І_т. Тоді змінну складову спаду напруги на опорі R можна записати так:

. (2.55)

Врахуємо, що І_с та І_т відповідно дорівнюють

- 59 -

. (2.56)

Тоді вираз (2.55) можна записати у вигляді

. (2.57)

Зі співвідношення (2.57) визначимо величину r, отримавши

. (2.58)

Знайдемо співвідношення між зміною опору зразка r при освітленні та фотопровідністю :

. (2.59)

Із виразу (2.59) для величини r отримуємо:

. (2.60)

Для низькоомних напівпровідників із відносно невеликою фоточутливістю виконується нерівність r₀r << 1. У цьому випадку із виразу (2.60) для величини r отримуємо:

. (2.61)

У загальному випадку взаємозв’язок між величинами  і u визначається виразами (2.57) і (2.60):

. (2.62)

Зі співвідношення (2.61) випливає, що взаємозв’язок між _ст і сигналом u, який знімається з опору навантаження, нелінійний. Для обчислення величини  необхідно мати значення величин V, R та темновий опір зразка r₀. Видно, що зв’язок між  і u досить складний. У деяких часткових випадках він спрощується. Можна виокремити три найчастіше використовувані режими, які відрізняються методом вибору величини опору навантаження R.

А. Режим сталого поля

При використанні малих R, які задовольняють умову R << (r – r),

- 60 -

освітлення зразка призводить до перерозподілу електричного поля між зразком та опором навантаження, і тому поле у зразку зберігається незмінним, тобто постійним. У цьому випадку вираз (2.62) зводиться до такого вигляду:

. (2.63)

Отже, режим сталого поля характеризується наявністю лінійного зв’язку між фотопровідністю та сигналом, який знімається з опору R.

Б. Режим сталого струму

Стале значення струму у колі зразка забезпечується за умови великого опору навантаження (R >> r), коли струм, який дорівнює I = V/(R + r)  V/R, практично не змінюється при освітленні зразка. Тоді з (2.62) отримуємо:

. (2.64)

Із (2.64) видно, що режим сталого струму не забезпечує пропорційності між  та u, і, отже, в цьому відношенні не має переваг. Проте в деяких випадках він використовується.

В. Режим максимальної чутливості

Чутливість фотоопору можна визначити як відношення величини  (або /) до інтенсивності світла, яке падає на його поверхню або поглинається ним. Чутливість системи, одним з елементів якої є фотоопір, увімкнутий певним чином у її вимірну електричну схему, визначається відношенням електричного сигналу, що реєструється, до інтенсивності світла. Крім цього, розглядають ще й чутливість схеми, яка визначається відношенням зареєстрованого електричного сигналу до абсолютної величини фотопровідності .

Легко показати, що для заданого зразка, провідність якого дорівнює , можна підібрати такий опір навантаження, при якому сигнал u матиме максимально можливе значення. Тому, крім розглянутих режимів сталого поля і струму, можна виокремити режим максимальної чутливості схеми, тобто режим максимального сигналу u.

- 61 -