Основные характеристики и параметры

Основные характеристики и параметры фоторезисторов

1. Темновое сопротивление фоторезистора Rтем, т.е. сопротивление при отсутствии освещения (Rтем = 10 4 ÷10 8 Ом).

2. Максимально допустимая мощность рассеяния Рmax (Рmax =0.05÷0.10 Вт).

3. Максимальное рабочее напряжение Umax (Umax =10÷100 В).

4. Спектральная характеристика, т.е зависимость фототока Iф фотопроводимости σф или фотосопротивления Rф = 1/σф от длины волны падающего света. Максимумы этих характеристик лежат в видимой или инфракрасной частях спектра (рис. 2).

5. Световая характеристика фоторезистора, т.е. зависимость фототока или фотопроводимости от величины освещенности Iф = f(Е) или σф = f(Е) (или падающего светового потока Ф = ЕS) при постоянном напряжении, приложенном к резистору (рис. 6).

При малых освещенностях световые характеристики близки к линейным. При больших освещенностях начинается отступление от линейности и зависимость фототока (фотопроводимости) может быть описана законом (1.5)

На практике обычно используют интегральные световые (люкс-амперные) характеристики фоторезисторов, полученные при освещении фоторезистора светом лампы накаливания, вольфрамовая нить которой нагнета до температуры Т = 2849 К (рис. 6).

6. Интегральная чувствительность Kинт фоторезистора, т.е. отношение фотопроводимости к величине освещенности его поверхности

При определении интегральной чувствительности освещение фоторезисторов производят лампой накаливания, вольфрамовая нить которой нагрета до 2840 К.

Из световой характеристики следует, что интегральная чувствительность фоторезисторов убывает с возрастанием освещенности.

7. Кратность изменения сопротивления, т.е. отношение

где Rтем – темновое, а Rcв – световое сопротивление, которые определяяются в темноте и при освещенности Е = 200 лк соответственно.

8. Постоянная времени спада фототока τ, т.е. время, в течение которого фототок уменьшается в e раз после прекращения освещения фоторезистора. Постоянная времени τ характеризует инерционность фоторезистора и определяется временем жизни неосновных носителей. Фоторезисторы различных типов имеют постоянные времени от 0.1 до 100 мс.

Каждый электрик должен знать:  Балансировка нагрузки литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов электромобилей

2. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА pn-ПЕРЕХОДА

2.1. Воздействие света на p–n-переход

Зонная диаграмма освещенного pn-перехода с “толстой” базой l > Ln, где l – толщина базы, а Ln – средняя длина диффузии электронов в базе, приведена на рис. 7.

В невырожденных легированных полупроводниках концентрации основных носителей nn и pp (электронов в n-области и дырок в р-области) велики по сравнению с концентрацией собственных носителей ni и pi: nn >> ni и pp >> pi. На границе раздела р— и n-областей образуется слой, обедненный основными носителями заряда, который называется рn-переходом. Между р— и n-областями возникает электрическое поле Е и контактная разность потенциалов φ, созданные неcкомпенсированными зарядами донорных и акцепторных примесей в обедненном слое. Потенциал n-области положителен по отношению к р-области (в обедненном слое).

Через рn-переход происходит диффузия основных носителей заряда (электронов из области n- в область р-полупроводника и дырок из области р- в область n-полупроводника) и дрейф неосновных носителей (электронов из р— в n-область и дырок из n— в р-область). Таким образом, через рn-переход протекают четыре тока: два диффузионных (InD и IpD) и два дрейфовых (InE и IpE). В состоянии термодинамического равновесия выполняется принцип детального равновесия: каждая из компонент тока (и электронная In = InDI = 0 и дырочная Ip = IpDI = 0) равны нулю и общий ток I = In+Ip равен нулю.

При поглощении квантов света в pn-переходе и в прилегающих к нему областях полупроводника, образуются новые носители заряда – пары электрон-дырка. Неосновные носители, возникшие в прилегающих к pn-переходу областях, не превышающих средней диффузионной длины Ln для электронов и Lр для дырок, диффундируют к pn-переходу и проходят через него под действием электрического поля Е. При этом возрастает дрейфовый ток через рn-переход на величину Iф. Величина фототока Iф пропорциональна числу квантов света, поглощенных в слое L = Ln+d+Lр (рис. 7):

Каждый электрик должен знать:  Маглев интересное о поездах на магнитном подвесе

где β – квантовый выход, k – коэффициент поглощения света, χ – коэффициент переноса, учитывающий долю непрорекомбинировавших носителей заряда от общего количества носителей, возникших под действием света, S – площадь pn-перехода.

Таким образом, освещение полупроводника приводит к нарушению термодинамического равновесия. Возникший в результате световой генерации пар электрон-дырка фототок приводит к накоплению основных носителей заряда в n— и р-областях полупроводника, между которыми возникает дополнительная (к контактной φ) разность потенциалов (фото-ЭДС) φф, что понижает общую разность потенциалов pn-перехода φ = φ–φф и уменьшает величину потенциального барьера qφ =q(φ–φф) для основных носителей. Вследствие этого возрастает дрейфовый ток основных носителей InDф и IpDф (рис. 6, точечные пунктиры).

В стационарном состоянии потоки зарядов через pn-переход в обоих направлениях уравновешивают друг друга

Между р— и n— областями полупроводника устанавливается разность потенциалов – фото ЭДС φф.

Фотоэлектрический полупроводниковый прибор с одним pn-переходом называется фотодиодом.

Структурная схема фотодиода и его изображение на принципиальных схемах приведены на рис. 8.

Вольтамперная характеристика pn-перехода (рис. 9) может быть записана в виде:

При обратном смещении pn-перехода резко возрастает потенциальный барьер для основных носителей заряда и ток через переход определяется потоком неосновных носителей, которые проходят через него под действием электрического поля Е. Темновой обратный ток через фотодиод равен Is; при освещении обратный ток возрастает на величину Iф за счет появления добавочных неосновных носителей заряда

Каждый электрик должен знать:  Гирлянда пищит при включении - можно ли это устранить

Величина обратного тока почти не зависит от приложенного напряжения. Световая характеристика фотодиода Iобр = f(Е) является линейной в широком диапазоне изменения освещенности Е. Это связано с тем, что толщина базы фотодиода существенно меньше средней длины диффузии неосновных носителей заряда l φф прямой ток быстро возрастает и вольтамперные характеристики освещенного и затемненного фотодиодов практически совпадают.

В большинстве применений фотодиоды используют в режиме обратного смещения pn-перехода (рис. 10). Если световой поток модулирован, то на сопротивлении нагрузки Rн появляется напряжение сигнала, пропорциональное изменениям светового потока.

Одним из основных параметров фотодиода является интегральная чувствительность

Преимуществом фотодиодов по сравнению с фоторезисторами является их малая инерционность. Инерционность диффузионных диодов определяется в основном временем диффузии неосновных носителей заряда через базу и имеет порядок десятков наносекунд.

Спектральная характеристика фотодиодов (рис. 3) при больших длинах волн ограничивается шириной запрещенной зоны λпорог = hcW. В области малых длин волн – большим показателем поглощения и увеличением скорости поверхностной рекомбинации с уменьшением длины волны.

Фотодиоды находят широкое применение в измерительной технике (фотометрия), автоматике, устройствах сигнализации, волоконно-оптических линиях связи, вычислительной технике (фотосчитывающие устройства CD, сканеры), и т.д. Перспективным направлением является изготовление фотодиодов на основе выпрямляющего контакта металл – полупроводник или гетероперехода. Это позволяет повысить их быстродействие, увеличить чувствительность и получить более широкую спектральную характеристику.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9219 — | 7340 — или читать все.

Добавить комментарий