Внешний и внутренний фотоэффект
Внешний фотоэффект – процесс испускания электронов веществом под воздействием облучения. На таком фотоэффекте работают фото- умножители, вакуумные и ионные фотоэлементы.
Рисунок 53- Внешний фотоэффект
При облучении полупроводника благодаря процессу рекомбинации происходит перемещение электронов из ЗП в ВЗ – явление фотоэлектронной эмиссии, в результате в окружающее пространство выделяется фотон, энергия которого равна энергии ЗЗ (рис.53).
Внутренний фотоэффект - процесс расщепления атомов кристаллической решетки вещества под действием облучения и образование пары носителей зарядов (электрон проводимости, дырка проводимости). На этом виде фотоэффекта работают такие ФЭП как фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры.
Рисунок 54 – Внутренний фотоэффект
Под воздействием световой энергии на полупроводник возникают подвижные носители зарядов: пары электрон проводимости – дырка проводимости. При этом энергия фотона идет на перемещение электрона из ВЗ в ЗП и сопротивление ПП уменьшается.
Электропроводность, возникающая под действием светового потока, называется фотопроводностью.
Фоторезистор
Фоторезистор - это ФЭП, у которого под действием светового потока изменяется электропроводность, т.е. изменяется сопротивление под действием облучения. УГО фоторезистора представлено на рисунке 55.
Схема включения: фоторезистор включается последовательно с источником питания и нагрузкой, полярность источника роли не играет (рис. 56 б).
Рисунок 55 – УГО фоторезистора
а) б)
Рисунок 56 – Структура и схема включения фоторезистора:
1-электроды, выполненные из благородных металлов;
2- пленка из сульфида цинка;
3 – диэлектрическая подложка
Принцип работы:
При отсутствии
облучения фоторезистор имеет большое
сопротивление, называемое темновым:
.
Наибольшее сопротивление имеют
фоторезисторы, выполненные из сернистого
кадмия. При этом в нагрузке протекает
небольшой начальный ток, называемый
темновым
.
Он обусловлен собственной электропроводностью
ПП. При облучении за счет внутреннего
фотоэффекта сопротивление уменьшается
в несколько сотен раз, ток через нагрузку
возрастает и фоторезистор открывается.
Фотодиод
Фотодиод - это ФЭП, у которого имеется один p-n переход. Фотодиод преобразует энергию светового потока в электроэнергию.
Конструктивно фотодиод выполнен так, чтобы его p-n переход был открыт для света (рисунок 57). Фотодиод работает при обратном напряжении, таким образом, ток фотодиода обусловлен дрейфом неосновных носителей заряда. Чем интенсивнее световой поток, тем интенсивнее происходит генерация, тем больше неосновных носителей заряда.
Рисунок 57 – Схема включения фотодиода в фотодиодном режиме работы
Рисунок 58 – УГО фотодиода
Фототранзистор
Фототранзистор – полупроводниковый прибор, имеющий два p-n перехода, предназначенный для усиления фототока; световой поток падает на область базы (рисунок 59).
Рисунок 59 – Структура фототранзистора
Рисунок 60 – УГО фототранзистора
При освещении базы за счет энергии светового потока происходит генерация носителей заряда. Создается поле, которое понижает потенциальный барьер коллекторного перехода, фототок увеличивается.