111

Лекция № 14

6. Фотополупроводниковые приборы

Полупроводниковые приборы, принцип действия которых основан на преобразовании световой энергии в электрическую, называются фотополупроводниковыми приборами. Принцип действия фотополупроводниковых приборов основан на внутреннем фотоэффекте, суть которого состоит в том, что под действием светового потока на полупроводник возникает избыточная концентрация носителей заряда за счет энергии кванта света фотона h, которая отдается электрону и переводит его из валентной зоны в зону проводимости. Прибор, в котором используется это явление, называют фоторезистором.

6.1. Фоторезисторы

Существует большое количество различных типов фоторезисторов. Наибольшее применение получили фоторезисторы, изготовленные на основе сульфида кадмия, селенида кадмия и сернистого свинца. Фоточувствительный слой фотосопротивления может быть получен путем прессования тонких пластинок из порошкообразного полупроводника с последующим спеканием, либо нанесением тонкого слоя полупроводника на диэлект рическую подложку из стекла, слюды, керамики методом химического или вакуумного осаждения, либо методом изготовления тонких пластинок из монокристаллического полупроводникового материала. Методом вжигания или осаждением металла в вакууме наносятся электроды на фоточувствительный слой. Всю эту конструкцию помещают в пластмассовый или металлический корпус, который имеет светоприемное окно, через которое освещается вся фоточувствительная площадка. Одна из возможных конструкций представлена на рис. 6.1.

6.1.1. Основные характеристики и параметры фоторезистора

6.1.1.1. Вольтамперная характеристика

ВАХ фотосопротивления представляет собой зависимость светового тока от напряжения при постоянном световом потоке. Световой ток представляет собой сумму темнового и фототоков I_c = I_ф + I_т, где темновой ток определяется проводимостью самого фотосопротивления при нулевой освещенности, а фототок вызван дополнительной проводимостью, определяемой освещенностью. ВАХ в рабочем диапазоне изменения напряжения близка к прямой линии (рис. 6.2) и ее наклон определяется световым потоком или освещенностью. На рис. 6.2 показаны две характеристики, одна при Ф = 0, а вторая – при определенном световом потоке (Ф  0).

Нелинейность при малых значениях напряжения связана с эффектом на контактах между отдельными зернами или кристаллами материала полупроводника и при больших напряжениях с явлением насыщения.

6.1.1.2. Световая или люксамперная характеристика

Это зависимость фототока от светового потока или освещенности при постоянном напряжении, приложенном к фотосопротивлению. При малых освещенностях получается наибольшая чувствительность и зависимость близка к линейной (рис. 6.3). При больших освещенностях характеристика выполаживается и зависимость тока от освещенности может быть приближенно определена так [3]

,

где I_ф – фототок; А – постоянный коэффициент, зависящий от типа фоторезистора; Е – освещенность в люксах.

6.1.1.3. Спектральная характеристика

Это зависимость фототока от длины волны светового потока при постоянном напряжении (рис. 6.4).

На этом рисунке даны усредненные спектральные характеристики для сернисто-кадмиевых, селенисто-кадмиевых и сернисто-свинцовых фотосопротивлений. Сернисто-кадмиевые имеют максимальную чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые – в красной области и сернисто-свинцовые – в инфракрасной области спектра.