книги из ГПНТБ / Сиволобов Н.А. Основы полупроводниковой электроники учеб. пособие

-90 -

числѵ рекомбинирущих электронов. Концентрация таких носителей, определяющая предельно возможную плотность тока, зависит от концентрации ионизируемых с вето вики квапіаші атомов примесей, иирнны запрещенной зоны, квантового выхода (числа освобождаемых электронов одыіш квантом света) и от времени жизни свободных носителей. В связи с квантовый характером перехода электронов в свободное состояние эффект фотопроводимости возникает лишь.осли энергия светового кванта равна или больше ширины запрещенной

зоны. Отсюда наличие границы эффекта фотопроводимости. Иинныаль-

иав частота , вызывающая внутренний фотоэффект, называетой красной границей. Частотная область внутреннего фотоэффекта cpä внительно узкая, фотопроводимость наблюдается в гпекторноя обла­ сти на границе собственного поглощения полупроводника. С ростом частоты световых волн, световой поток становится все менее ак­ тивным.

Концентрация ионизируемых световыми квантами (фотонами) атомов примесей зависит от остаточной концентрации примесных ато­ мов после ионизации части их тепловыми квантами (фононами). Сіепѳнь же тепловой ионизации зависит от температуры полупроводвика. Чем эта температура ниже, тем больше атомов примеси иони-> зируетоя световыми квантами, в связи с чем чувствительность фотооопротивления по отношению к световому потоку повышается. Поэтому

- 91 -

какой-либо полярности питающего напряжения, поэтоиу могут ра­ ботать в цѳпи переменного тока.

ТОНКИЙ СЛОЙ полупроводника I наносится на изолирующую подложку 2 (рис.37,а) методом испарения в вакууме. В качестве материала для полупроводников используется селѳн, сплавы сульфи­ да таллия с окисы) таллия (іаллафид), сернистый свинец, сорнистыі кадмий и др. По краям полупроводникового слоя тоже испарением в вакууме наносятся металлические электроды 3. Пластинка помещена в оправу о окоиком (рис .37,6), электроды соединяйся с двумя выводными клеммами, с помощью которых фоторезистор включается в цепь последовательно с источником напряжения и сопротивлением нагрузки (рис.37, г ) .

условно обозначающие конструктивное оформление» С - диск диамет­ ром 8 мм, толщиной о,б •* 0,8 мм, приклеен к стеклянной пластянхв t {,2,6 - пластмассовый корпус, рассчитанный на включение в ламдоэую панель.

эффективную область его применения. Обычно к основным характерно* тикам и параметрам относят интегральную и спектральную чувствие тельность, вольт-амперную характеристику, постоянную вренени.ра* бочее напряиение, тепловое и световое сопротивление (чаще их о м шение),световую характеристику ^"'допустимую мощность рассеивания^ диапазон рабочих температур, срок службы, рабочий ток;

- 92 -

в

Р и с.37 • Фоторезистор:

a i схематическое устроГіство; б ч кон­ струкция фотосопротивлеиия ФСКчІ; в -.ус­ ловное изобракение на схемах} г - схема включения ; I - полупроводник светоч чувствительныйf 2 ч изолирушая подч ловка; 3 ч металлические электроды (вы­

воды)

- 93 -

При малом световом потоке первичный фототок проводимости практически беэинерционен и изменяется прямо пропорционально величине светового потока. С увеличением светового поюка уве­ личивается число электронов проводимости, растет число столкнове­ ний электронов с атомами, ионизируя их и создавая дополнительный поток электрических зарядов, получивший Название вторичного фототока проводимости. Увеличение числа ионизированных атомов

Р и с.38. Спектральные (а), вольт-іамперные (ö) и световые (в) характеристики фоторезис-t

торов

- 95 -

тормозит движение электронов проводимости. В результате этаго изменения фототок запаздывает во времени относительно изменений светового потока. Следовательно, фоторѳзисгор является ииѳрционHUH прибором. Инерционность фоторезисторов характеризуется постоян ной времени,представляющая собой время,в течение которого фототок уменьшается в "е" раз. Наименьшей инерционностью обладает фотосопротивления типа ФСА (.va Pé5"). Наличие инерционности ограничивает частотную область применения фоторезисторов ( единицами килогерц для ФСА и десятками герц для ФСІС).

Световая характеристика (рис.38,в) фоторѳзисторов представ­ ляет собой зависимость фототока от освещенности его светочувст­ вительной поверхности, т . е . от отношения величины светового поюка к площади светочувствительного слоя. Наибольшая чувстви­

тельность получается при малых освѳщѳнностях. Это позволяет исполі зовать фотореэисторы для измерения очень малых интенсивностэй из­ лучения (например, для индикации температуры и положения тел, нагретых до температур порядка 200 + 400°С),

ВольтАамперная характеристика (рис .38,6) представляет оо- бой зависимость фототока и темнового тока от напряжения, при­ ложенного к фоторезистору при постоянной освещенности его поверхности. Критерием выбора напряжения питания цепи о фоторезистором является стремление получить достаточно высокую К, а также ограничить выделяющуюся мощнооіь в фоторезисторе.'превьн: шение которой приводит к необратимым процессам.

Таким образом, в фоторѳзисторах фототок зависит не только от лучистого поюка, но и от величины приложенного внешнего •

напряжения LL . Поэтому основным параметром фоторезисторов

ственное значение имеет зависимость их параметров от температуры.

данными диапазона рабочих температуры (в градусах Цельсия) фоторе­ зистора.

В некоторых случаях удобно пользоваться кратностью изменения сопротивления, т . е . отношением сопротивления к темноте к сопро­ тивление при освещении.

Срок службы фотосопротивлений порядка ІСООО ч.

По сравнение с вакуумными фотоэлементами фоторезисгоры об­ ладают рядом достоинств: более высокая интегральная чувствитель­ ность, простота изготовления, невысокая стоимость, малые габари­ ты, высокая надежность, почти неограниченный срок службы (ІОООО ч ) . При работе фотосопротивления в схемах измерения и

контроля особо важное значение имеет стабильность его параметров (оообенно постоянство чувствительности) во времени. После трени­ ровки (создается рабочий реж».м фоторезистораи з течение не­ скольких сотен часов) фотореэисторы характеризуются большой ста­ бильностью - фотоюк стабилизируется, Фотореэисторы обладают большой мощностью рассеяния, благодаря чему можно управлять электрической цепью мощностью в несколько ватт.

Недостатком фоторезисторов является инерционность. Постоян­ ная времени, определяющая фронт нарастания импульса тока при

зависимость их сопротивлений от температуры окружающей среды, ог­ раничивающая применение в широких интервалах іемператур. На каж­ дые І0°С изменения температуры удельное сопротивление их при на­

ких устройствах и приборах, где используются фотоэлементы. Фоточ резисторы удобно сочетаются с мостовой и усилительной схемами, позволяют создавать высокочувствительные измерители интенсивности светового потока.

Обладая большой мощностью рассеяния и высокой величиной рабочего напряжения, фотореэисторы позволили осуществить простей­ шую конструкцию фотореле без предварительного усиления фототока. На рис.39 изображены схемы реле для постоянного (рис.39,а) и пере­ менного (рис.39,6) токов. Принцип работы таких реле очень проот.

схемой

ток возрастает. Необходимое значение тока для срабатывания реле

достигается соответствующим подбором рабочего напряжения, типа реле и интенсивности светового тока. Фотореле, собранное по мосто­ вой схеме (рис.39,в), обладает более высокой чувствительностью.

В тех случаям, когда требуется от автоцата управление значи­ тельный» мощностями, через контакты первичного реле вводится вто­ ричное реле.

Фотореле на оонове фоторезисторов применяются для защиты участков территории öi проникновения посторонних лиц, для конт­

роля размеров, цвета и качества поверхности различных изделий, для счета деталей и т . д .