Гусев - Электроника (944138), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Ток при Ф=О называется темновым гоком 1„, при Ф>0 — общим током 1„;„,. Разность эгнх гоков равна фототоку: 1 = 1„, — /,. (3.7) 2. Энергетическая характеристика- это зависимость фототока (фоторезистора) от светового потока при (/=сопя! (рпс. 3.9, д). В области малых Ф она линейная, а при увеличении Ф рост фототока замедляется из-за возрастания вероятности рекомбинаций носителей заряда через ловушки и уменьшения их времени жизни. Энергетическая характеристика иногда называется л юк с-ам перн ой. Тогда по оси абсцисс откладывается не световой поток, а освещенность Е в люксах.
3. Чувствительность — это отношение входной ве.шчины к выходной. Для фоторезисторов чаще всего исцользуют токовую чувствительность 5, под которой пониман>т отношение фототока (или его приращения) к величине, характеризующей излучение (или его приращение). При отношении приращений чувствительность называют дифференциальной.
В зависимости от того, какой величиной характеризуется излучение, различают токовую чувствительность к световому потоку Ф; Я =1,'Ф: токовую чувствительносгь к освещенности Е: Я. = /ь/Е. При этом в зависимости от спектрального состава нзлученного света чувствительности могут быть либо интегральными 5„„, (при немонохроматическом излучении), либо монохроматическими 5, (при монохроматическом излучении). В качестве одного из основных параметров фоторезистора используют величину удельной интегральной чувствительности, которая характеризует интегральную чувствительность, когда к фоторезистору приложено напряжение 1 В: Е,„„„,=/„(Фи).
(3.В) У промышленных фо горезисторов удельная инте~ ральная чувствительность имеет пределы десятые доли -- сотни мАЯВ.лм) при освещенности Е=200 лк. 4. Абсолютная 5м,.()) и относительная 5()) спектральные характеристики это значения чувствительное. и в полосе частот. Абсолютная спектральная характерист ика ют г, град Я Рис 3 !О Входной сигнал )а), переходная )б) и тсмперагарная (») харакхерисгики фон праха»хора представляет собой зависимость монохрома»ической чувствительносги, выраженной в абсолютных единицах, ог длины волны регистрируемого потока излучения.
Относительная спектральная характеристика есть зависимосгь монохроматической чувствительности от длины волны, отнесенная к значению максимальной чувствительности: (3.9) Сцекгральная характеристика определяется материалом фоторезистора и введенными в него примесями. На рис. 3.9, е показаны спектральные харакзернсгики фоторезисторов, выполненных на основе мазериалов; ! — СЮ, 2 — СЖе, 3 -СдТе. Вид спектральной характеристики свидетельствует о том, что для фогорсзисторов некоторых ~илов необходимо тщательно подбирать пару излучатель .фотоприемник, 5. Граничная частот а ),„- это часто~а синусоидального сигнала, модулирующего световой поток, при котором чувствительность фоторезистора уменьшается в г2 раз по сравнению с чувсзвительносгью при немодулированном потоке 1))з,)ба 1- ) В ряде случаев частотные свойства фогорезистора характеризую»ся переходной характеристикой, На рис.
3.!О, о показаны переходные характерисгики фоторезисгоров с высокой (кривая !) и низкой (кривая 2) темновой проводимостями. Хотя истинная переходная характерисзика обычно не является строго экспоненциальной, в большинстве случаев инерционность характеризуют постоянной времени т. 6. Температурный коэффициен с фототока--эго коэффициен ц показывающий изменение параметров фоторезисгора с изменением температуры: ЕФ гш + д ф я Б) !Ф к(к ~В— г) а> Рис: Ы С~ргкнри фокона п1 Ги) икпи1нсние фотоииоие совпис~но с киешнин ис~онпик~н (ЛК с~о вп|в1 емнспнсис карекгсрис~икн при СП, > Ф, . Ф, Ы ) Эсповнос обпеиеисиис Ь ~ ~ьч У пролеышленных фоторезисторов а, — 10" з — 10 град Иногда используют температурную характерисэ ику фоторезистора.
показывающую о г носительное изменение сопротивления при изменении ~емпсрагургя окружаюп1ей среды (см. рис. 2.6, я). Порог овый поток это минимальное значение потока Ф„. которое может обнаружить фоэореэистор на фоне собственных шумов. Определяется Ф, как среднеквадратичное значение сицусоидально молулированного светового потока, при возлействии которого среднеквадратичное значение выходного электрического сигнала равно среднеквадратичному значению шумов фоторезистора. Фотодиолы. Фотодиолы имеют структуру обычного рл-перехода (рис. 3.! 1, а).
Пусть )эенперсход находится в равновесии, т. е. в исходном состоянии к нему нс приложена внешняя разносгь потенциалов. Вследствие оптического возбуждения в ри и-областях возникает неравновесная концентрация носителей заряда. Так как в области объемного заряда конценграция носителей меньше, чем в р- и гг-обласгях, то под влиянием градиента концентрации электронно-дырочные пары диффундируют к р-лпгерехолу. На границе перехода они разпеляюэся, и неосновные носизели заряда под влиянием электрического поля, значение которого однозначно связано с контактной разностью потенциалов, перебрасываю~ел через переход в область, где являются основными носителями заряпа. Электрический ток, созданный ими, ссгь полный фототок.
Дырки тормозятся электрическим полем и осгаются в )г-области. Таким образом. в резулыа.ге освещения полупроводника по обе стороны от р-л-перехода увеличиваются концентрации основных носителей заряда. При этом электронно-дырочные пары, генерируемые на расстоянии от перехода, большем диффузионной ллины, успевают рекомбинировать не достигнув перехода. Поэтому они не внося г вклада в фототок. Если р-гг-переход разомкнут, то перенос носителей заряда.
генерируемых светом, приволит к накоплению отрицательного в и-области и положительного в р-области зарядов. Объемный заряд этих основных носителей заряда частично компенсирует заряды ионов запирающего слоя, сужая ширину р-л-перехода и снижая потенциальный барьер, что приводит к нарушению условия равновесия и возникновению диффузионного движения через переход основных носителей заряда. Новое равновесное состояние соответствует меньшей высоте потенциального барьера. равной (~/„— Е ), при которой поток неосновных носителей заряда через переход, вызванный световым облучением, полностью уравновешен встречным диффузионным потоком основных носителей заряда. ЭДС, возникающую при этих процессах, на значение которой снижается потенциальный барьер в р-п-переходе, называют фотоэлектродвижущей силой или фото- ЭДС. Она зависит от светового пот ока, облучающего рп-переход, и ряда других факторов, но ее максимальное значение не может превысить контактную разность потенциалов.
Фото-ЭДС может быть использована для создания тока в нагрузочном сопротивлении, включенном во внешнюю цепь прибора. При этом фотодиод работае~ в режиме фотогенератора без постороннего источника напряжения, непосредственно преобразуя световую энергию в электрическую. Фотодиод может работать и совместно с внешним источником электрической энергии (У,, положительный полюс которого подключается к л-слою„а отрицательный — к р-слою (рис.
3.11, б). Под действием напряжения источника в цепи фотодиода, включенного в непроводяШем направлении, прн отсутствии освещения протекает небольшой темновой ток 1,. В этом случае фотодиод ничем не отличается от обычного диода. При освещении фотодиода поток неосновных носителей заряда через р-и-переход возрастает. Увеличивается ток во внешней цепи, определяемый в этом случае напряжением внешнего источника и световым потоком. Значение фототока в первом приближении можно найти из выражения 2 =В„„,Ф, (3.11) ~дс 5„„, -интегральная чувствительность.
Вольт-амперные характеристики освещенного р-л-перехода показаны на рис. 3.!1,в. Как следует из принципа его работы, фототок суммируется с обратным током теплового происхождения. В соогветст вин с этим уравнение тока р-л-перехода фоголиода, известное из теории работы полупроводниковых приборов, имеет вид )„„„=1ь — 2е(еегв --1), (3.12) ток К-л-перехода*. замкнут на резистор К(гГи,=О) (рнс. 3.11, я). К-л-пеРеходе ~l.и„= ГК. Зигц да ток в цепи где ! тепловой Если фотодиод то напряжение на р-и-перехода (3.! 3) (у =Еф=фт1п(1+5ии Ф~уо) (3 !Ь) При игпенсивном облучении, когда 1« 5„„ФОо, фото-ЭДС определяют из выражения г Еф = кат )п -4-.
!о' Материалами для изггповления фотодиодов служат германий, кремний, селеь, сернистый таллий и сернистое серебро. Основные характеристики и параметры фотодиода 1. Энер~ стические характеристики фотодиода связывают фототок со световым потоком, падающим на фо~одиод, Зависимость фо~отока ог светового потока при работе фотодиода в генера~орном режиме (Г„и,=О) является строго линейной только при короткозамкнутом фотодиоде (К,=О).
С ростом нагрузочного сопрогивления харак1срнсгики все больше искривляю~ся и при больших К„имеют ярко выраженную область насыщения (рис. 3.12, а). При работе фотодиода в схеме с внешним источником напряжения ~l, энергетические характеристики значительно ближе к линейным. При увеличении приложенно|о напряжения фототок несколько воэрастасг (рис. 3.12, о'). Это объясняешься расширением области р-п-перехода и уменьшением ширины базы, в результате чего меньшая В фо|оориочииккк инаокоо.к ио нркикоо оаотио жо, ~ококоиои пок. )7! ~ (с~Я о, Решив (3.13) относительно (Гии,„, получим С'„и„= крг)п 1+ — "'--"-'."-' .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
