Материал: 2072

рок), что приводит к увеличению электропроводности ПП. У металлов это явление незаметно, так как они обладают огромной электропроводностью из-за высокой концетрации свободных электронов (10 22 см 3). Изменение электропроводности металлов под действием света незначительно.

Внекоторых ПП приборах за счет внутреннего фотоэффекта возникает ЭДС, которую принято называть фотоЭДС. Эти приборы используют как источники электрического тока.

Вопределенных условиях при рекомбинации электронов и дырок в ПП возникают фотоны. Такие приборы могут работать как источники светового излучения. Их называют светодиодами.

При совместном использовании светодиодных источников света и фотоприемников (фотодиодов, фототранзисторов, фототиристоров) получают приборы, называемые оптронами. Их часто выполняют в виде интегральных микросхем.

Фоторезисторы

Фоторезистор – это ПП прибор, сопротивление которого изменяется под действием света (рис. 8.3).

Рис. 8.3. Устройство (а) и схема включения фоторезистора (б): 1 – диэлектрическая пластина; 2 – тонкий слой фоточувствительного ПП; 3 – контакты

Если световой поток Ф 0, то фоторезистор обладает довольно боль-

шим (темновым) сопротивлением RT 104 107 Ом. Под действием светового облучения с достаточной энергией фотонов в ПП образуются подвижные «электрон-дырки», а сопротивление прибора уменьшается. Фоторезисторы обладают линейной вольт-амперной характеристикой (рис. 8.4). Кратность изменения сопротивления фоторезисторов под действием света достигает 500.

Основные недостатки: значительная зависимость сопротивления от температуры и сравнительно большая инерционность из-за медленной ре-

101

зисторов используют в основном примесные ПП: сернистый кадмий, сернистый свинец, селенистый кадмий, селенистый теллур и др.

Фотодиоды

Фотодиодом (ФД) называют ПП диод, обратный ток которого изменяется под воздействием света. Он имеет двухслойную структуру, содержащую один p–n-переход (рис. 8.5) и изготовленную на основе германия, кремния, арсенида галлия и др. ФД получили разнообразное применение в измерительной аппаратуре, вычислительной технике, автоматике. Различают два основных режима работы ФД: фотодиодный (с внешним источником питания) и фотогальванический, или фотогенераторный (без внешнего источника питания).

а

Рис. 8.5. Фотодиод: а – устройство; б – условное графическое и позиционное обозначение в схемах

Работа в фотодиодном режиме

При обратном смещении p–n-перехода через неосвещенный ФД протекает небольшой обратный ток, называемый темновым током IT . Этот ток

102

создается движением неосновных носителей, преодолевающих потенциальный барьер при данной температуре. Под воздействием света в n-области ПП образуются пары «электрон – дырка», что приводит к увеличению обратного тока (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Работа фотодиода в фотодиодном режиме: а – схема включения ФД;

б– перемещение носителей зарядов в ФД (1 – неосновные носители, 2 – образование пар «электрон – дырка» под действием света)

Семейство вольт-амперных характеристик ФД IФ f Uобр при

Ф const показано на рис. 8.6. При Ф 0 (затемненный режим) характеристика имеет такой же вид, как обратная ветвь ВАХ обычного диода. С ростом Ф растет обратный ток через ФД IФ .

Величина IФ слабо зависит от Uобр , так как количество носителей за-

рядов, проходящих через p–n-переход в обратном направлении, определяется в основном величиной светового потока Ф. Однако увеличение обратного напряжения может привести к пробою фотодиода.

Световая характеристика ФД – это зависимость фототока от светового потока при постоянном напряжении на ФД (см. рис. 8.6).

IФ f Ф при Uобр const.

Темновой ток IT весьма мал, особенно у кремниевых фотодиодов. Световые характеристики ФД практически линейны, причем их наклон мало зависит от приложенного напряжения Uобр.

Спектральная характеристика показывает зависимость спектральной чувствительности S от длины волны светового излучения (рис. 8.7). Кремниевый ФД имеет максимум чувствительности в области красного и

103