1. Введення
Фотоелектричні приймачі променистої енергії - прилади для виявлення і вимірювання електромагнітного випромінювання, засновані на фотоефекті, знаходять все більш широке застосування в різних областях техніки і для наукових досліджень. Поряд з іншими типами фотоприймачів, до числа фотоелектричних приймачів променевої енергії відносяться і фоторезистори, тобто прилади, засновані на явищі фотопровідності.
Явище фотопровідності (зменшення електричного опору матеріалу при поглинанні їм випромінювання) було відкрито в 1873 р У. Смітом. Практичне початок створення фоторезисторів як приймачів випромінювання відноситься до 1917 року, коли були створені сірчистої-талліевого фоторезистори (таллофіди). Подальшому розвитку фоторезисторів сприяла можливість використання невидимого людським оком інфрачервоного випромінювання багатьох об'єктів у військових цілях. У 1940 р було отримано перші відомості про фотопровідності в PbS і PbSe. Подальші дослідження привели до створення сірчистої-свинцевих фоторезисторів, використаних Німеччиною в кінці другої світової війни для виявлення військових об'єктів. З цього моменту починається швидкий розвиток фоторезисторів, що знайшли застосування не тільки у військовій техніці, але і в різних галузях народного господарства.
У нашій країні велику роль у справі вивчення фотоефекту в напівпровідниках, у створенні та вивченні нових напівпровідникових матеріалів, придатних для виготовлення фоторезисторів, зіграли роботи А.Ф. Іоффе і його співробітників. Великий внесок у вивчення механізму фотопровідності був внесений також роботами Б.Т. Коломійця, С.М. Ривкіна, Л.Н. Курбатова, В.В. Балакова, Д.В. Наследова. Загальне визнання отримали роботи В.Е Лошкарева і його співробітників у галузі дослідження фотоелектричних явищ у сернистом кадмії.
Серійний випуск фоторезисторів в нашій країні почався в 1948 р, коли були освоєні сірчистої-вісмутові фоторезистори. Пізніше вони були замінені сірчистої-кадмієвими і селенистий-кадмієвими фоторезисторами, що володіють значно кращими параметрами. Велика роль у створенні перших промислових зразків фоторезисторів на основі сірчистого кадмію і сірчистого свинцю належить професору Б.Т. Коломійцю і його співробітникам. В останні роки ними та іншими вченими були створені також фоторезистори на основі селенистой свинцю, що володіють високими фотоелектричними параметрами та експлуатаційними властивостями.
В даний час важко знайти таку галузь народного господарства, науки або техніки, де б не застосовувалися фоторезистори.
2. Фоторезистори, їх властивості та принцип роботи
Фоторезистором називають напівпровідниковий прилад, електричне опір якого змінюється під дією світлового потоку. Структура фоторезистора і схема його включення показані на рис. 1 (а, б).
Рис. 1. Структура фоторезистора і схема його включення
Основною частиною фоторезистора є напівпровідниковий елемент, забезпечений висновками і розташований так, що на нього може падати світло (рис. 1, а). На діелектричну пластину 1 нанесений тонкий шар напівпровідника 2 з контактами 3 по краях. Фоторезистор включається в ланцюг незалежно від полярності джерела живлення Е.
Схема включення фоторезистора показана на рис. 1, б. Тут R - навантажувальний опір, U - знімається з нього напругу, U - напруга джерела живлення.
Принцип дії фоторезистора заснований на утворенні додаткової кількості рухливих носіїв заряду в результаті поглинання напівпровідником променевої енергії, внаслідок чого зменшується його опір, тобто виникає додаткова електропровідність, звана фотопроводимостью напівпровідника.
Якщо висвітлювати поверхню напівпровідника безперервно, то число додаткових носіїв заряду буде зростати до настання динамічної рівноваги, коли число новопосталих носіїв буде дорівнює числу рекомбинированного. Після припинення освітлення надлишкові носії рекомбінують один з одним і відновлюється колишня величина провідності, характерна для необлучаемого елемента.
Концентрація носіїв заряду, збуджених світлом, визначається виразом
=?, (1)
де Ф - інтенсивність опромінення; ?- Коефіцієнт пропорційності, що залежить від частоти падаючого світла і швидкості рекомбінації носіїв заряду.
У фоторезисторах використовується явище фотопровідності, тобто зміна електропровідності речовини під впливом електромагнітного випромінювання. Вираз для фотопровідності має вигляд
?=е n?, (2)
Для розуміння фізичних процесів, що обумовлюють фотопровідність різних матеріалів, необхідно коротко розглянути основи зонної теорії і деякі електронні процеси, що мають місце в кристалах твердих тіл.
Атоми елементів, як відомо...
