Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 80
Текст из файла (страница 80)
9.!6, ВАх фоторезис- ляется в основном сопротивлением "'рсс этих контактов. Напряжение, прило! — без облтченнв (в тениоте). ОЕ К ф О Зн О Па аст ионном на контактах между зернамн полупроводника. Поэтому напряженность электрического поля иа контактах получается большой даже при малых напряжениях на фоторезисторе. В связи с этим при увеличении приложенного напряжения сопротивление контактов уменьшается либо из-за эффектов сильного поля (например, туинелироваиие сквозь тонкие потенциальные барьеры на контактах), либо из-за разогрева приконтактных областей отдельных зерен полупроводника.
При дальнейшем увеличении напряжения сопротивление фоторезистора определяется уже объемным сопротивлением зерен полупроводника и поэтому будет оставаться постоянным, что соответствует линейному участку ВАХ. гге ззо При больших напряжениях на фоторезисторе ВАХ опять может отклоняться от линейной, становясь сверхлинейиой. Сверхлииейиость связана с повышением температуры всего фоточувствительного слоя из-за большой выделяющейся мощности. Световая, или люкс-амперная, карактеристика фоторезисгора представляет с060Й зависимость фототока )ф= (св 1те От Ос вещениости, или от падающего на фоторезистор светового потока.
Фоторезнсторы имеют обычно суб- г лниейиУю световУю хаРактеРистикУ ееА (рис. 9.17), Сублинейность световой характеристики объясняется смешением демаркационных уровней, или квази- уровней Ферми, для электронов и для дырок с увеличением отклонения от,у равновесного состояния при увеличении освещенности: электронный де- у маркационный уровень (квазнуровень Ферми для электронов) смещает- 7 ся к зоне проводимости в результате увеличения концентрации свободных электронов, дырочный демаркационный (7 Я() Юйй 75МЕт/ЬГ уровень (квазиуровеиь Ферми для ды- рОК) ОдНОВрЕМЕННО СМЕщаЕтСя К Ва- Рис.
9.(Т. Световая «аракте- ристика фоторезистора лентной зоне из-за увеличения концентрации дырок (см. рис. 1.8). Вследствие смешения демаркационных уровней часть уровней ловушек захвата становится уровнями рекомбинацнонных ловушек.
С ростом концентрации рекомбинациоииых ловушек уменьшается время жизни носителей заряда, что и является первой причиной сублииейности световой характеристики. Закономерности возрастания фототока от освещенности различны у различных фоторезнсторов и определяются концентрацией тех или иных примесей в полупроводнике и распределением примесных уровней по запрещенной зоне энергетической диаграммы полупроводника. Второй причиной, приводящей к сублинейности световой характеристики фоторезистора, является уменьшение подвижности носителей заряда прн увеличении освещенности из-за увеличения концентрации ионизированных атомов в полупроводнике и, следовательно, из-за увеличения рассеяния носителей заряда ионизированнымн атомами.
В узком диапазоне освещенностей для аппроксимации световой характерис'гики часто используют зависимость 7е= АЕ', где А и к — коэффициенты, являющиеся постоянными для данного фоторезистора в выбранном диапазоне освешенностей; Е— освещенность. зв( Спектральная характеристика фоторезистора — это зависимость фототока от длины волны падающего на фоторезистор света (рнс. 9.18). При больших длинах волн, т. е. при малых энергиях квантов света по сравнению с шириной запрещенной зоны полупронодника, энергия кванта оказывается недостаточной для переброса электрона из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому для каждого полупроводника и соответственно для каждого фоторезистора существует пороговая длина волны (наи- -'-й-,й авыак язв р йа дг ав ! г Х 4 Я,яки Ркс.
З.!З. усреакеккые соектралькые характеркстккк раалкчкых фотореакстороа: г — нск; г — нсд, г — есх, к — сфа большая), которую обычно определякп как длину полны, соответствующую спаду фототока на 50% со стороны больших длин волн. При малых длинах волн с уменьшением длины волны падающего на фоторезистор света растет показатель поглощения. Поэтому глубина проникновения квантов света в полупроводник уменьшается, т.
е. основная часть неравновесных носителей заряда возникает вблизи освещаемой поверхности фоточувствительного слоя. Прн этом увеличивается роль поверхностной рекомбинации и уменьшается среднее время жизни неравновесных носителей. Таким образом, спектральная характеристика имеет спад н при малых длинах волн. Различные полупроводники имеют ширину запрещенной зоны от десятых долей до 3 эВ. Поэтому максимум спектральной характеристики различных фоторезисторов может находиться в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра. Постоянная времени — это время, в течение которого фототок фоторезнстора изменяется после освещения илн после затемнения фоторезистора на 63% (в е раз) по отношению к установив- зю шемуся значению.
Таким образом, постоянные времени характеризуют скорость реакции фоторезнстора на изменение светового потока„т. е. характеризуют инерционность фоторезистора. В связи с тем, что скорость нарастания фототока при освещении несколько отличается от скорости его спада после затемнения фоторезнстора, различают постоянные времени нарастания т„ и спада т,. Числовые значения постоянных времени различных фоторезисторов от десятков микросекунд до десяткои миллисекунд. Постоянные времени измеряют при освещенности 200 лк, температуре окружающей среды 20'С н сопротивлении нагрузки, включенном в схему измерения, меньше 1 кОм.
Освещение прн определении постоянных времени производят обычно от источника излучения с цветовой температурой 2840 К. Все эти условия необходимы прн измерении постоянных времени для однозначности получаемых результатов, так как постоянные времени зависят от концентрации ловушек захвата и от скорости их заполнения и опустошения, что, в свою очередь, изменяется при изменении освещенности, температуры н других условий, в которых работает фоторезистор. Так, с увеличением освещенности уменьшается число ловушек захвата и растет число рекомбинационных ловушек вследствие расщепления уровня Ферми на хвазиуровни или смещения демаркационных уровней (см. рис. 1.8).
Оба эти фактора приводят к уменьшению времени жизни носителей заряда и соответственно к уменьшению постоянных времени фоторезистора. С повышением температуры возрастает вероятность нонизацни ловушек захвата, что означает более быстрое их опустошение и уменьшение постоянных времени. Наличие существенной инерционности у фоторезнсторов приводит к тому, что с увеличением частоты модуляции снетового потока эффективное значение возникающего переменного фото- тока уменьшается. Максимальная частота модуляции светового потока для фоторезисторов не превосходит десятков килогерц. Темновое сопротивление — это сопротивление фоторезистора в отсутствие освещения. Темповое сопротивление принято определять через 30 с после затемнения фоторезистора, предварительно находившегося под освещенностью 200 лк.
Обусловлено это инерционностью опустошения ловушек захвата после прекращения освещения. Например, у фоторезисторов ФСК-! отношение темповых сопротивлений, измеренных после затемнения через 30 с и через !6 ч, может достигать трех порядков. Удельная интегральная чувствительность — это отношение фототока к световому потоку и к приложенному напряжению: Ко = Тьу(чьи). Чувствительность называют интегральной, потому что измеряют ее при освещении фоторезистора светом сложного спектраль- ззз ного состава: от источника света с цветовой температурой 2840 К при освещенности 200 лк. Удельные интегральные чувствительности различных фоторезисторов составляют от 1 до 600 мА/(В лм).
$9.7. мгОТОВ(ИОй(Ь4 Полупроводниковый фогоднод — вго полупроводниковый дмол. обратный ток которого зависит от освентеиносгн. Обычно в качестве фотоднодов используют полупроводниковые диоды с р-л-переходом, смещенным в обратном направлении внешним источником питания. При поглощении квантов света в р-л-переходе или в прилегающих к нему областях кристалла полупроводника образуются новые носители заряда (пары элект- + ьи )и Рнс. 9Л9. Движение неравновесных носителей заряда, образовлиных кваитамн света в р-л- переходе нли вблизи него.
при обратном напряжении иа переходе Рис. 9.29 Обратные ветви ВАХ фотоднода прн различных световых потоках рои — дырка). Неосновные носители, возникшие в прилегающих к р-л-переходу областях иа расстоянии, не превышающем диффузионной длины, диффуидируют к р-л-переходу н проходят через него под действием электрического поля или, с точки зрения энергетической диаграммы, скатываются с потенциального барьера (рис. 9.19). Поэтому обратный ток через фотодиод возрастает при освещении. К аналогичному результату приводит поглощение квантов света непосредственно в р-л-переходе. В результате при освещении фотодиода обратный ток через него возрастает на величину, называемую фототоком (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
