r />
Так як? =, де с=2,9979 · 10 м/сек - швидкість світла, а?- Довжина хвилі електромагнітного випромінювання, що має частоту?, То гранична Довжина хвилі фотопровідності дорівнює
?=ch /? Е. (19)
Якщо? виражена в мікронах, а? Е - в електрон-вольтах, то
?=[мкм]. (20)
Значення ширини забороненої зони деяких напівпровідникових матеріалів, використовуваних для виготовлення фоторезисторів, наведено в табл. 1.
Таблиця 1
У разі примесной фотопровідності довгохвильовий кордон визначається типом введеної домішки. Так, наприклад, для примесного германію? в залежності від типу домішки може змінюватися від 40 до 3,5 мкм. Відповідна цим довжинах хвиль ширина забороненої зони примесного рівня лежить в межах від? Е=0,03 ев (енергія, близька до енергії теплового збудження електронів) до? Е=0,35 ев.
При значному зниженні температури напівпровідників на основі сполук свинцю ширина їх забороненої зони зменшується, в результаті чого довгохвильовий кордон фотопровідності, як випливає з виразу (20), зміщується в бік більш довгих хвиль. Зворотну картину мають сполуки на основі індію (InSb, InAs), довгохвильовий кордон чутливості яких при охолодженні зміщується в бік більш коротких хвиль.
Слід зазначити, що фотопровідність спостерігається не у всій області, де? lt; ?, А тільки в її довгохвильової частини (рис.4).
Рис. 4. Спектральна залежність коефіцієнта поглинання (k), власної (I) і примесной (II) фотопровідність.
? і?- Довгохвильові кордону власної та домішкової фотопровідності
Одна з причин, що пояснюють це явище, полягає в тому, що в міру зменшення? швидко зростає поглинання напівпровідника, і основна частка енергії поглинається в поверхневому шарі, в результаті чого за рахунок поверхневої рекомбінації різко знижується число носіїв струму. З іншого боку це викликано ще й тим, що при одній і тій же потужності випромінювання, що припадає на одиничний інтервал довжини хвилі, що випливає з виразів (14) і (19). Отже, при зменшенні довжини хвилі зменшується число квантів, а разом з ним і фотопровідність напівпровідника. У силу зазначеної обставини все фоторезистори володіють селективної (по довжині хвилі) чутливістю.
Спектральна характеристика примесной фотопровідності зрушена щодо власної (беспримесной) у бік більших довжин хвиль. Внаслідок меншої концентрації атомів основного матеріалу домішкові поглинання, а отже, і домішкова фотопровідність істотно нижче фотопровідності власного напівпровідника (див. Рис. 4).
Для отримання фотоструму не обходимо в ланцюг послідовно з фоторезистором включити сторонній е.р.с. Вираз для фотоструму можна записати у вигляді
=? ES, (21)
де?- Фотопроводімоть; Е - напруженість електричного поля; S - площа перерізу напівпровідника, по якому протікає фотострум.
Фотострум являє собою різницю між світловим струмом I і темновим I:
=I- I, (22)
Темновий струм є одним з параметрів фоторезистора. Іноді більш зручно користуватися поняттям темновое опір, який визначається як опір неосвітленого фоторезистора.
На рис. 5 наведені вольт-амперні та світлова характеристики фоторезистора.
Рис. 5. Вольт-амперні (а) і світлові (б) характеристики фоторезисторів
Вольт-амперні характеристики фоторезисторів лінійні в межах максимально допустимої потужності розсіювання на них. При більшій напрузі на фоторезистори внаслідок надмірного нагріву відбувається руйнування світлочутливого шару. Вольт-амперні характеристики в загальному випадку можуть бути записані у вигляді
=AEU, (23)
де?- Коефіцієнт нелінійності вольт-амперної характеристики; ?- Коефіцієнт нелінійності світлової характеристики; A - постійна, обумовлена ??параметрами напівпровідника; U - прикладена напруга; E - освітленість.
Світлові характеристики фоторезисторів зазвичай нелінійні. Особливістю світлових характеристик є наявність темнового струму, тобто струму, що протікає через фоторезистор при відсутності освітленості (в темряві). У певному інтервалі освітленостей вона може бути апроксимована виразом
I=A UФ. (24)
Величина фотоструму досягає свого максимального значення лише через деякий час після початку опромінення. Точно так само після припинення освітлення фотострум припиниться лише через певний час (рис. 6). Таким чином, фотострум не встигає слідувати за зміною освітленості.
Рис. 6. Інерційність фоторезистора при миттєвому включенні і виключенні світлового потоку
Інерційність фоторезисторів характеризує постійна часу?, за яке фотострум зменшиться в е раз після миттєвого затемнення фотосопротивления. Зі збільшенням температури і освітленості постійна часу зменшується.
Фоторезистором властивий ...
