1.5. Другие виды поглощения света,

влияние температуры на фоточувствительность

Поглощение света может и не приводить непосредственно к появлению свободных носителей заряда в следующих случаях.

- Экситонное поглощение приводит к созданию связной пары электрон-дырка, являющийся электрически нейтральным образованием. Однако, если экситон (связанная пара электрон-дырка) при движении в решетке диссоциирует в результате поглощения дополнительной энергии, то каждый экситон приводит к появлению двух свободных носителей заряда электрона и дырки. Если же экситон рекомбинирует, то экситонное поглощение не приводит к увеличению проводимости.

- Поглощение света свободными носителями заряда не приводит к изменению их концентрации, но при определенных условиях может изменять их подвижность и, следовательно, проводимость.

- Поглощение света колебаниями решетки может привести к возрастанию концентрации носителей заряда лишь в результате вторичного эффекта - поглощение света увеличивает концентрацию фононов, которые отдают свою энергию на возбуждение носителей заряда.

Во многих полупроводниках фоточувствительность и фототок почти не зависят от температуры в довольно большом интервале температур. Однако у некоторых полупроводников, например у сернистого кадмия, наблюдается уменьшение фоточувствительности с увеличением температуры вследствие увеличения темновой проводимости и вероятности рекомбинации.

При высоких температурах может быть достаточно эффективной и двухступенчатая ионизация - электрон переводится светом в возбужденное состояние на примесном центре, а затем тепловым движением перебрасывается в зону проводимости. По этой же причине может наблюдаться при высокой температуре фотопроводимость в области экситонного поглощения. Температура влияет и на длинноволновую границу фотопроводимости, причем у одних полупроводников она смещается при понижении температуры в сторону более длинных волн, у других - в сторону более коротких. Это связано с тем, что с понижением температуры ширина запрещенной зоны у одних полупроводников уменьшается, у других - увеличивается.

1.6. Фотосопротивления

Фотоэлектрический полупроводниковый прибор, действие которого основано на использовании эффекта фотопроводимости называется фотосопротивлением или фоторезистором. Фотосопротивления представляют собой полупроводниковые пластинки или пленки, нанесенные на изоляционную подложку. На полупроводниковом слое делают металлические электроды, и всю систему закрепляют в специальном патроне.

Промышленные типы фотосопротивлений для видимой области спектра выпускаются на основе сернистого и селенистого кадмия (ФС-К, ФС-Л, СФ-2, СФ-3); фоторезисторы, чувствительные к инфракрасной области излучения - на основе сернистого и селенистого свинца (ФС-А, СФ-4); фотосопротивления для рентгеновского и гамма-излучения - из сернистого и селенистого кадмия (РГД и ГД).

Чувствительность фотосопротивлений значительно выше, чем у вакуумных фотоэлементов, в которых используется внешний фотоэффект. Недостатком фотосопротивлений является их большая инерционность. Фоторезисторы получили широкое практическое применение в различных областях науки и техники для обнаружения и измерения светового излучения.

К числу основных характеристик фотосопротивлений относятся вольт-амперные, световые, спектральные и частотные характеристики.

Вольт-амперная характеристика выражает зависимость фототока I_Ф (при постоянном световом потоке) или темного тока I_T от приложенного напряжения U. Для большинства фотосопротивлений в рабочем режиме эта зависимость линейна. Под фототоком понимают разность между световым I_C и темновым током:

I_Ф= I_C - I_T. (2.12)

Световая характеристика выражает зависимость фототока от падающего на фотосопротивление светового потока постоянного спектрального состава при постоянном приложенном напряжении.

Частотная характеристика выражает зависимость чувствительности фотосопротивления от частоты прерываний светового потока при постоянном приложенном напряжении и постоянном световом потоке.

К наиболее важным параметрам фотосопротивлений относятся удельная, интегральная и спектральная чувствительность, темновое сопротивление, кратность изменения сопротивления.

Удельная чувствительность К_у - отношение фототока к произведению падающего светового потока Ф, излучаемого источником света с цветовой температурой 285К (ГОСТ 10675-68) и создающего освещенность 200 лк, на приложенное к фотосопротивлению напряжение U:

(2.13)

где Е – освещенность, S – площадь приемной части фотосопротивления.

Интегральная чувствительность _i – произведение удельной чувствительности на предельное рабочее напряжение:

_i=К_уU. (2.14)

Спектральная чувствительность характеризует силу тока, возникающую под действием излучения в узком интервале длин волн. Спектральную чувствительность фотосопротивления отражают спектральные характеристики, (на рис. 2.5 приведены зависимости силы тока в относительных единицах от длины падающей световой волны для фотосопротивлений, сделанных из различных материалов).

Темновое сопротивление R_т - сопротивление фоторезистора при 20С через 30 сек. после снятия освещенности 200лк.

Кратность изменения сопротивления R_Т/R_С - отношение темнового сопротивления фоторезистора к сопротивлению при освещенности 200лк от источника с цветовой температурой 285К.

Рабочее напряжение - напряжение, при котором фотосопротивление может быть использовано в течение указанного срока службы без изменения параметров свыше определенных допустимых значений.