10. Полупроводниковые фотоэлектрические приборы.

К полупроводниковым приемникам излучения относятся: фоторезисторы; фотодиоды; фотоэлементы; фототранзисторы; приборы с зарядовой связью;

Полупроводниковый приемник излучения — это оптоэлектронный полупроводниковый прибор, чувствительный к электромагнитному излучению видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой области спектра или преобразующий энергию электромагнитного излучения непосредственно в электрическую энергию.

11.Фоторезистор.

Фоторезистор — полупроводниковый прибор, у которого под действием светового потока (электромагнитного излучения) меняется электрическое сопротивление. Основным элементом конструкции фоторезистора является слой полупроводника, на который попадает световой поток. Для создания фоторезисторов используют сернистый свинец, сернистый кадмий, селенид свинца.

Свет

Рисунок.1. Структурная схема фоторезистора. Светочувствительный слой 1 (рис.1) наносят на изоляционную подложку 2 из стекла, слюды, керамики. Присутствуют два вывода 3 и 4, изготовленные из металла. Фоторезистор помещают в корпус с отверстием для попадания светового потока на светочувствительный слои.

Под воздействием световой энергии проводимость светочувствительного слоя увеличивается. ,

В отсутствие освещения в этой цепи протекает незначительный ток, обусловленный собственной проводимостью полупроводника, который называется темповым током, при освещении появляется фоток.

В ольт-амперная характеристика фоторезистора изображена на рис.2 и пред­ставляет зависимость 1=-f(U) или Ф = сonst, где Ф — световой поток. Из характеристики видно, что чем больше световой поток Ф, тем круче проходит характеристика. Это обусловлено увеличением количества носителей заряда и, следовательно, увеличением проводимости. Характеристики линейны.

Рисунок.2 . ВАХ фоторезистора

Следующая характеристика — это световая характеристика, которая представляется зависимостью I=-f(Ф) при U= соnst. Эта характеристика имеет нелинейный вид, так как наряду с генерацией пар носителей происходит и их рекомбинация (рис. 3)

Рисунок 3. Световая характеристика.

Фоторезисторы применяют в схемах автоматики, особенно в схемах защиты и автоматического управления, то есть в устройствах, где можно пренебречь их инерционностью и нелинейностью световой характеристики.

12.Фотодиод

Фотодиод — это фотоприемник, принцип действия которого основан на фотогальваническом эффекте и фоточувствительный элемент которого имеет структуру полупроводникового диода.

Конструктивно его выполняют так, чтобы рn-переход был открыт для cвета при сохранении герметичности корпуса. Его структура изображена на рис.4

Рисунок 4. Структурная схема фотодиода

Фотодиоды работают при обратном напряжении, поэтому в р-п-переходе создается тормозящее поле для основных носителей. При воздействии светового потока неосновные носители образуют фототок. Фотодиоды создают на основе германия и кремния. Таким образом, ток фотодиода обусловлен дрейфом неосновных носителей заряда. •

Вольт-амперная характеристика представляет собой зависимость I = f(Uобр) при Ф=соnst. При отсутствии освещения в цепи фотодиода протекает незначительный темновой ток. При постоянном световом потоке (Ф) и изменении напряжения U фототок почти не изменился (рис. 5).

При изменении светового потока ток изменяется на величину ∆I.

При подаче напряжения U выше допустимого у фотодиода наступает тепловой пробой и диод выходит из строя.

Световая характеристика — это зависимость тока в диоде от изменения светового потока при постоянном напряжении источника, то есть I=f(Ф) при

U_обр=const

С ветовая характеристика изображена на рис. 6. Как мы видим, она линейна, что является большим достоинством фотодиода, так как это позволяет производить пропорциональное преобразование светового потока в электрический ток без искажения (линейность в определенных пределах, то есть при дальнейшем увеличении светового потока (Ф) увеличивается скорость рекомбинации, и не все носители переходят рn-переход).

Рисунок 6. Световая характеристика фотодиода.