ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И УСТРОЙСТВА

Фоторезисторы

В фоторезисторах используется явление изменения сопротивления вещества под действием инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения. Основной элемент фоторези­стора — полупроводниковая пластина, сопротивление которой при освещении изменяется. Механизм возникновения фотопроводимости можно объяснить следующим образом. В за­темненном полупроводнике в результате воздействия тепловой энергии образуется неболь­шое количество подвижных носителей заряда (электронов и дырок). Соответственно полу­проводник будет обладать начальной проводимостью ст0, которая носит название темновой

Ст0=9(«о Н„+РоИ„)> ([3]-4°)

Где £/ — заряд электрона; и0, Ро — концентрация подвижных носителей заряда в полупровод­нике в равновесном состоянии; р„ — подвижность дырок и электронов соответственно.

Под действием света концентрация подвижных носителей заряда увеличивается, при­чем возможны различные механизмы их генерации. Возрастание концентрации дырок и электронов может происходить за счет того, что кванты электромагнитного излучения воз­буждают электроны и переводят их из валентной зоны в зону проводимости.

Когда электроны из валентной зоны переводятся на примесные уровни, происходит уве­личение лишь дырочной электропроводности. И наконец, увеличение электропроводности наблюдается, когда электроны забрасываются с примесных уровней в зону проводимости.

Таким образом, в полупроводнике при облучении светом концентрация подвижных но­сителей заряда увеличивается тем или иным путем на величину Ап и Др, и проводимость его резко возрастает:

(6.41)

Изменение электропроводности полупроводника под действием света и есть его фото­проводимость

(6.42)

Меняя яркость освещения, изменяют фотопроводимость полупроводника.

При включении потока облучающего света интенсивность процесса генерации носите­лей заряда не сразу достигает стационарного значения, соответствующего интенсивности падающего света, а нарастает со временем по экспоненциальному закону

(6.43)

Где N — число фотонов, падающих в секунду на единицу площади; а — коэффициент по­глощения, характеризующий энергию, поглощенную полупроводником; р -— квантовый вы­ход, определяющий число носителей заряда, образующихся при поглощении одного фото­на; т — время жизни неравновесных носителей заряда.

Если время облучения достаточно велико: /> (3-5)1, то концентрация неравновесных носителей заряда достигает своего стационарного значения, причем, когда электроны и дырки образуются парами при переходе электронов из валентной зоны в зону проводимо­сти (собственное поглощение энергии полупроводником), то число неравновесных дырок будет равно числу неравновесных электронов

Ди = Др = а • Р • т • ТУ. (6.44)

При примесном поглощении, когда генерируются в основном носители заряда одного знака, будет иметь место или электронная, или дырочная фотопроводимость, причем в пере­ходных режимах она также изменяется по экспоненциальному закону:

Ди(/) = Ди е

Явление постепенного изменения СТф при включении и выключении облучающего пото­ка называют релаксацией фотопроводимости.

Конструктивно фоторезистор представляет собой пластину полупроводника, на поверх­ности которой нанесены электропроводные электроды Э. Принципиально возможны две конструкции фоторезисторов: поперечная (рис. 6.21, а) и продольная (рис. 6.21, б).

В первом случае электрическое поле, прикладываемое к фоторезистору, и возбуж­дающий свет действуют во взаимно перпендикулярных плоскостях, во втором — в одной плоскости. Очевидно, что в продольном фоторезисторе возбуждение осуществляется через электрод, прозрачный для этого излучения. Поперечный фоторезистор представляет собой почти омическое сопротивление до частот порядка десятков и сотен мегагерц. Продольный фоторезистор из-за конструктивных особенностей имеет значительную геометрическую ем­кость, которая не позволяет считать фоторезистор чисто омическим сопротивлением на час­тотах уже в сотни — тысячи герц.

В качестве исходного материала фоторезисторов чаще всего используют сернистый тал­лий, селенистый теллур, сернистый висмут, сернистый свинец, теллуристый свинец, серни­стый кадмий и т. д. (Условное обозначение фоторезистора приведено на рис. 6.22, г.)

I
0,4 0,6 X, мкм Д
И	Ф
В	Г
Рис. 6.21. Поперечная (а) и продольная (б) конструкции фоторезисторов; вольт-амперные (в), энергетическая (г), относительные спектральные (<Э) характеристики; 1 — СаБ; 2 — СсІБе; 3 — СсІТе