Общие сведения об эффекте фотопроводности
Свет представляет собой поток электромагнитной энергии. Обладая как волновой, так и корпускулярной природой, свет излучается или поглощается веществом только в виде дискретных количеств энергии – фотонов или квантов.
Энергия кванта 
пропорциональна частоте 
электромагнитных волн излучения 
, 
т.е.:
, ( )
где 
- постоянная Планка. Для видимого диапазона частот света энергия кванта изменяется в пределах 3,25…1,6эВ, каждому цвету света соответствует своя частота.
Световой поток – мощность электромагнитной энергии, которая вызывает зрительные ощущения. Световой поток измеряется в люменах 
.
При воздействии светового потока на полупроводник электроны валентной зоны получают дополнительную энергию. Если энергия кванта равна энергии для перевода электрона из ВЗ в ЗП или больше ее, возникает генерация пары электрон проводимости – дырка проводимости, вследствие чего проводимость ПП увеличивается.
Фотоэлектронные приборы (ФЭП) преобразуют световую энергию в электрическую. Они работают на принципе фотоэффекта. Главные закономерности фотоэффекта были выведены Альбертом Эйнштейном на основе фотонной теории света. Основные законы фотоэффекта были открыты выдающимся русским физиком А.Г. Столетовым в 1888 году.
Фотоэффект – это процесс передачи энергии световым потоком облучаемому телу.
ФЭП подразделяются на 2 группы:
· приборы с внутренним фотоэффектом (полупроводниковые),
· приборы с внешним фотоэффектом (электровакуумные).
Внешний и внутренний фотоэффект
Внешний фотоэффект – процесс испускания электронов веществом под воздействием облучения. На таком фотоэффекте работают фотоумножители, высоковакуумные и ионные фотоэлементы.
Рис 85- 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.85). При этом ток фотоэмиссии прямо пропорционален световому потоку (закон Столетова):
, ( )
где 
- ток фотоэмиссии, мкА; 
- световой поток, лм; 
- интегральная чувствительность фотокатода.
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.
Рис.86 – 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 (рис.2).
Электропроводность, возникающая под действием светового потока, называется фотопроводностью.
Фоторезисторы: определение, УГО, структура. Схема включения, принцип действия
Фоторезистор- это ФЭП, у которого под действием светового потока изменяется электропроводность, т.е. изменяется сопротивление под действием облучения.
Устройство фоторезистора показано на рис.87а. Пленка 2 из полупроводникового материала (сульфид свинца, соединения сернистого кадмия, селенид свинца, селенид кадмия) закреплена на диэлектрической подложке 3 (стекло, кварц, керамика). Световой поток попадает на ПП через специальное отверстие в пластмассовом корпусе. Электроды 1, выполненные из благородных материалов (золото, платина), обеспечивают хороший контакт с ПП и не подвержены коррозии. Поверхность ПП покрыта защитным слоем лака.
Схема включения: фоторезистор включается последовательно с источником питания и нагрузкой, полярность источника роли не играет (рис. 87б).
а) б)
Рис.87 – Структура и схема включения фоторезистора
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.
Статические характеристики фоторезистора
ВАХ фоторезистора представляет собой графическую зависимость протекающего тока от приложенного напряжения при постоянном световом потоке (рис.88).
Рис.88 – Вольт- амперные характеристики фоторезистора.
Чем больше световой поток, тем круче проходит характеристика, т.к. с увеличением светового потока образуется больше носителей заряда и увеличивается проводимость. Эти характеристики линейны в пределах допустимой мощности рассеяния. С увеличением тока выше допустимого выделяется такое количество тепла, которое может привести к разрушению светочувствительного слоя. В отсутствии освещения в цепи фоторезистора имеется небольшой темновой ток.
Световая характеристика фоторезистора – это графическая зависимость протекающего тока от светового потока при постоянном напряжении (рис.89).
Рис.89 – Световая характеристика фоторезистора
Световая характеристика имеет нелинейный характер потому, что наряду с процессом генерации происходит и рекомбинация носителей заряда. При этом, чем больше световой поток и больше свободных носителей, тем больше вероятность рекомбинации, поэтому крутизна световой характеристики уменьшается. Характеристика выходит не из 0, т.к. в отсутствии светового потока фоторезистор обладает собственной незначительной электропроводностью.
Основным статическим параметром фоторезистора является интегральная чувствительность, т.е. чувствительность прибора к видимому белому свету. Она характеризует изменение фототока в цепи фоторезистора при изменении светового потока на 1 люмен. Интегральная чувствительность фоторезисторов составляет единицы ампер на люмен.
К параметрам фоторезисторов относятся темновой ток Iт и темновое сопротивление Rт. Основным недостатком фоторезисторов является их сравнительно большая инерционность, которая обусловлена относительно большим временем жизни генерируемых пар носителей заряда при освещении.
Фоторезисторы применяют в схемах автоматики, особенно в схемах защиты и автоматического управления, т.е. в устройствах, где можно пренебречь их инерционностью и нелинейностью световой характеристики, но где требуется высокая чувствительность фотоприбора.
Дата добавления: 2015-06-27; просмотров: 1095;