WOBtiiifl

г- I

Eu = t5B

1 I I

0 10 го JD to 50

Рис. 8.3. Схема для снятия характеристик фоторезисторов

тока. С увеличением Ф возрастает концентрация свободных носителей и вероятность их рекомбинации, поэтому рост тока /ф замедляется.

Спектральная характеристика представляет собой зависимость фототока от длины волны падающего на ФР излучения (рис. 8.2, г)

Параметры. Работу ФР характеризует номинальное значение фототока /ф, протекающее через него при заданном напряжении и световом потоке. Численно фототок равен разности между общим (световым) и темновым токами:

f = fo6-If (8.10)

Темповой ток h - ток, -протекающий в цепи ФР при подключении к нему рабочего напряжения и отсутствии облучения (Ф = 0).

Интегральная токовая чувствительность ФР определяется как отношение фототока к вызвавшему его потоку излучения при номинальном напряжении

е„х = /ф/«=(общ-(8.11) где Ф - световой поток, лм, или мощность излучения, Вт.

ФР включаются последовательно с источником постоянного напряжения (рис. 8.3, а). При таком включении общий световой ток Фобщ зависит от светового потока Ф и приложенного к ФР рабочего напряжения U, поэтому свойства ФР оценивают удельной интегральной токовой чувствительностью (мА/лм-В):

е;, = /ф/(Фг7) = в„.,/£. • (8.12)

Токовая чувствительность ФР зависит от температуры. С увеличением температуры чувствительность снижается, так как возрастают равновесная концентрация носителей заряда и вероятность рекомбинации избыточных носителей, которые возникают при освещении. В результате наступает уменьшение фототека.

Вольтовая чувствительность оценивается отношением напряжения сигнала Uc. обусловленного протеканием фототока, к потоку излучения:

е„„ = С/с/Ф. (8-13)

Фоточувствительность к монохроматическому излучению ФР определяется отношением фототока к потоку излучения определенной длины волны

Как следует из рис. 8.2, г, наибольшей чувствительностью в области сине-зеленого излучения (?ь=0,5 мкм) обладают ФР из сульфида кадмия; в красной и инфракрасной областях {к «=0,8 мкм) -из селенида кадмия; в инфракрасной (5»2 мкм) - из сульфида свинца.

Инерционность ФР характеризуют постоянные времени нарастания Тн и спада Тс, в течение которых фототок изменяется после начала или прекращения освещения в е раз по отношению к установившемуся значению. Обычно т=10 мкс-10 мс. Фототок и тс определяются эффективным временем жизни избыточных носителей. Увеличивать быстродействие ФР можно ценой снижения его чувствительности.

Устройство. Различают неохлаждаемые и охлаждаемые (со специальным устройством для понижения температуры) фоторезисторы. Светочувствительный элемент ФР содержит (рис. 8.3,6) изолирующую подложку /, поверх которой нанесен тонкий слой 2 полупроводника, а на края (для получения электрического контакта) - металлические электроды 3. Для защиты от внешних воздействий светочувствительный элемент покрывают слоем лака или помещают в пластмассовый или металлический корпус 4 с окном 5 для света и снабжают герметичными внешними токоотводами 6.

Для повышения чувствительности неохлаждаемых ФР применяют иммерсионный элемент (оптическую линзу) (рис. 8.3, е), который концентрирует поток излучения на малую площадь сверхчувствительного полупроводника. Выпускаются ФР квадратной и круглой формы, одно- и многоэлементные (матрицы), что повышает чувствительность и быстродействие устройств.

Типы. Промышленностью выпускается несколько типов ФР, обозначаемых буквами ФС или СФ, что означает - фоторезистор (или по старой терминологии - фотосопротивление); последующие буквы А, Б, Д, К характеризуют светочувствительный материал; цифры, следующие за буквами, отражают конструкцию.

К видимым лучам наиболее чувствительны сернистокадмиевые типов ФСК и СФ-2 и селенистокадмиевые типов ФСД и СФ-3; к ИК - сернистосвинцовые и селенистосвинцовые типов ФСА и СФ-4.

Область применения. ФР используется в устройствах фотоконтроля и фотоэлектронной автоматики, в качестве чувствительных элементов на входе приемников в системах оптической связи, изме* рения температуры и обнаружения ИК излучения (например, для снятия тепловой карты местности) и в других областях техники.

§ 8.3. Фотодиоды

Фотодиоды (ФД) представляют собой фоточувствительные приборы со структурой полупроводниковых диодов.

Основу (базу) ФД составляет пластина /г-германия (рис. 8.4, а), в которую введен вплавлением или диффузией р-индий. На границе раздела этих областей возникает электрический р-«-переход. Действие ФД основано на фотогальваническом эффекте в облученном р-и-переходе.

Характеристики. В рабочем состоянии к фотодиоду подключается обратное напряжение. При отсутствии оптического излучения (Ф = 0) под действием обратного напряжения в ФД течет тем-ковой обратный ток. Эта зависимость /ф = ф(/обр) при Qi=0 <рис. 8.4,6) представляет собой обратную ветвь ВАХ, аналогичную характеристикам обычного полупроводникового диода.

При освещении ФД (Ф>0) в р-и-переходе и прилегающих к нему областях кристалла полупроводника (за счет поглощения квантов света) возникает генерация электронно-дырочных пар. Под действием электрического поля контактной разности потенциалов образовавщиеся неосновные носители уходят из р- и п-областей (электроны из р- в п-область, а дырки в обратном направлении). При этом область р приобретает положительный, а область п - отрицательный заряд. В результате между р- и п-областями возникает разность потенциалов (фотогальванический эффект), представляющая фото-э. д. с. Поле, создаваемое этой фото-э. д. с. в р-п-переходе, будет направлено встречно полю, возникшему из-за контактной разности потенциалов. В результате освещения потен-пиальный барьер в переходе уменьшится и на величину возникшего фототока /ф возрастет в нем обратный ток неосновных носителей. Характеристика сдвигается в область больших обратных токов (см. ВАХ при Ф2>Ф1 = 0). В рабочем диапазоне обратных напряжений при освещении ФД обратный ток практически не зависит от приложенного обратного напряжения, поэтому ВАХ идут весьма полого.

G увеличением светового потока (Ф4>Фз>Ф2>Ф1) фототок растет линейно, поэтому ВАХ при одинаковых приращениях потока Аф эквидистантны. При прямом напряжении электрическое поле

а)

-0 и 0-

tprO

/ICfj

Рис. 8.4. Структура и характеристики фотодиода