6.2. Основные характеристики фотоприемников

Темновое сопротивление R_т – сопротивление фотоприемника при отсутствии засветки.

Относительная спектральная чувствительность S_λ – зависимость фоточувствительности от λ. Обычно приводится в виде графика, либо указываются длинноволновая и коротковолновая границы фоточувствительности.

Токовая фоточувствительность S_I определяет величину фототока, создаваемого единичным потоком излучения, измеряется в А/Вт или в А/лк.

Вольтовая фоточувствительность S_U характеризует величину сигнала в вольтах, отнесенную к единице падающего потока излучения.

Токовая и вольтовая фоточувствительность называется интегральной, если характеризует чувствительность к интегральному потоку источника света, и монохроматической, если источник монохроматический. Обычно фотоприемники характеризуют либо интегральной чувствительностью, либо фоточувствительностью в максимуме излучения (S_{I λ max} и S_{U λ max}) с указанием длин волн, при которых чувствительность уменьшается вдвое.

Постоянная времени – это время, в течение которого фототок изменяется после освещения или затемнения на 63 % (в е раз) по отношению к установившемуся значению. Различают постоянные времени нарастания τ_н и спада τ_сп. Обычно τ_н < τ_сп.

6.3. Фоторезисторы

6.3.1. Технология изготовления и конструкция

Основная часть конструкции фоторезистора – фоточувствительный слой полупроводника, выполненный в виде моно- или поликристаллической пластинки или пленки на диэлектрической подложке с металлическими электродами.

В качестве полупроводникового материала используются собственные полупроводники: CdS (максимальная чувствительность в зеленой области спектра, пригоден для измерителей освещенности), CdSe (максимальная чувствительность в красной области спектра), ZnS (работает в ИК-диапазоне 1,5 – 2,5 мкм), PbSe, InSb (для ИК-диапазона 3 – 3,5 мкм), твердые растворы CdTe – HgTe (работают в ИК-диапазоне 7 – 14 мкм), а также используются примесные полупроводники, например, Ge и Si, для ИК-диапазона 5 – 30 мкм.

В табл. 6.2 приведены длины волн, соответствующие максимумам спектральной чувствительности λ_max, ширина запрещенной зоны Е_g полупроводников, применяемых для изготовления фоторезисторов. Поверхность фоточувствительного слоя между электродами называют рабочей площадкой, она может иметь прямоугольную форму, может быть в виде меандра или кольца. Площадь рабочей площадки от 0,1 до 10 мм². Вся конструкция помещается в пластмассовый или металлический корпус.

Таблица 6.2

Параметры полупроводников, используемых

в фоторезисторах

Материал	Еg, эВ	λmax, мкм	Марка фоторезистора
PbS	0,4	2,5	ФСА
Bi2S3	1,3	0,95	ФСБ
CdS	2,4	0,5	ФСК
CdSe	1,7	0,7	ФСД

6.3.2. Характеристики и параметры

ВАХ – зависимость темнового тока I_т и светового тока I_св при неизменной величине светового потока от приложенного напряжения, В рабочем диапазоне ВАХ линейна.

Световая или люкс-амперная характеристика – зависимость фототока I_Ф = I_св – I_т от освещенности Е (или от светового потока). Обычно сублинейна (рис. 6.4).

Спектральная характеристика – зависимость I_Ф от λ. На рис. 6.5 приведены усредненные спектральные зависимости различных фоторезисторов.

Рис. 6.5. Усредненные спектральные характеристики

различных фоторезисторов: 1 – ФСК; 2 – ФСД;

3 – ФСА; 4 – СФ-4

Постоянную времени τ измеряют при освещенности 200 лк и температуре 20 °С при сопротивлении нагрузки R_нагр < 1 кОм; τ различных фоторезисторов лежит в пределах от 10 мкс до 10 мс.

Темновое сопротивление определяют через 30 с после затемнения фоторезистора, находившегося при освещенности 200 лк.

Удельная интегральная чувствительность – отношение фототока к световому потоку и приложенному напряжению:

К₀ = . (6.5)

Для различных фоторезисторов К₀ = 1 – 600 .