Рис.7.

Световая характеристика фотодиода:

1) Фотодиодный режим; 2) режим короткого замыкания; 3) вентильный режим при наличии внешнего сопротивления.

S_I = ΔI_ф/ΔФ. (1.11)

Интегральной она называется потому, что при освещении фотодиода используется белый свет лампы накаливания. Обычно чувствительность S_Iфотодиодов измеряют в микроамперах на люкс (мкА/лк). Чувствительность фотодиода - величина постоянная, не зависящая от величины светового потока Ф и напряжения, приложенного к фотодиоду. Для определения интегральной чувствительности, при наличии освещения, на фотодиод подают достаточно большие напряжения, чтобы пренебречь экспонентой в выражении (1.6). Тогда через фотодиод будут протекать только фототок и ток насыщения:

(1.12)

Общие сведения о работе фоторезистора. Электропроводность твердых тел.

Плотность тока , А/м² , в веществе и напряженность поля , В/м, связаны соотношением:

(2.1)

где σ - удельная электропроводность вещества, [Ом^-1⋅м^-1].

Удельная электропроводность хорошего изолятора и хорошего проводника отличаются в ~ 10²⁵ раз. В зависимости от значения σ вещества делятся на диэлектрики, полупроводники и металлы.

Электрический ток представляет собой направленное движение (дрейф) заряженных частиц, возникающее под действием поля. Этот дрейф накладывается на значительно более быстрое хаотическое движение электронов. Скорость дрейфа пропорциональна напряженности поля:

(2.2)

Коэффициент пропорциональности µ, [м²⋅(В⋅с)^-1], называется подвижностью носителя заряда. Подвижность численно равна скорости дрейфа в поле единичной напряженности.

Плотность тока равна произведению заряда носителя е на концентрацию носителей n [м^-1] и на скорость дрейфа:

(2.3)

Из (2.1)-(2.3) получаем:

σ=enµ (2.4)

В металлах ток переносят свободные электроны (электроны проводимости), в полупроводниках - электроны проводимости и дырки. Дырка - это квазичастица с положительным зарядом, численно равным заряду электрона. В электрическом поле дырки дрейфуют вдоль поля, а свободные электроны - в противоположном направлении. В связи с этим удельная электропроводность полупроводника равна сумме электронной и дырочной приводимостей:

(2.5)

Здесь соответственно n и р - концентрация электронов и дырок; µ_n и µ_p - подвижность электронов и дырок. Для кремния, например, µ_n =0,13 м²⋅(В⋅с)^-1 , т.е. скорость дрейфа электрона равна 0,13 м/с при напряженности поля 1 В/м. Подвижность дырок в том же материале, как правило, значительно меньше.

Главное отличие полупроводников от металлов состоит в качественно различной зависимости проводимости от температуры. С понижением температуры приводимость металлов возрастает, а при температурах, близких к абсолютному нулю, некоторые металлы и сплавы переходят в сверхпроводящее состояние. Концентрация электронов проводимости в металлах практически не зависит от температуры, а увеличение электропроводности при охлаждении объясняется увеличением подвижности.

В полупроводниках, наоборот, проводимость уменьшается с уменьшением температур Т. При очень низких (криогенных) температурах полупроводники становятся хорошими изоляторами. Изменение σ с изменением Т объясняется изменением концентрации электронов и дырок. Необходимо затратить некоторую энергию Е, чтобы оторвать электрон от атома и сделать его способным перемещаться по кристаллу. Электрон может быть оторван за счет энергии тепловых колебаний атомов в кристалле, причем вероятность этого процесса растет с повышением температуры.

Связь электронов в полупроводнике может быть разорвана не только тепловым движением, но и различными внешними воздействиями: светом, потоком быстрых заряженных частиц и т.д. Поэтому для полупроводников характерна высокая чувствительность электропроводности к внешним воздействиям, а также к содержанию примесей и дефектов в кристаллах, поскольку во многих случаях энергия Е для электронов, локализованных в примесном атоме или вблизи дефектов, существенно меньше, чем в идеальном кристалле данного полупроводника.

Возможность в широких пределах управлять электропроводностью полупроводников изменением температуры, введением примесей и т.д. является основой их многочисленных и разнообразных применений.