Фотоэлементы Начать

В современной электронной технике широко используются полупроводниковые приборы, основанные на принципах фотоэлектрического и электрооптического преобразования сигналов. Первый из этих принципов обусловлен изменением электрофизических свойств вещества в результате поглощения в нем световой энергии (квантов света). При этом изменяется проводимость вещества или возникает э. д. с., что приводит к изменениям тока в цепи, в которую включен фоточувствительный элемент. Второй принцип связан с генерацией излучения в веществе, обусловленной приложенным к нему напряжением и протекающим через светоизлучающий элемент током. Указанные принципы составляют научную основу оптоэлектроники – нового научно-технического направления, в котором для передачи, обработки и хранения информации используются как электрические, так и оптические средства и методы. Далее

Все многообразие оптических и фотоэлектрических явлений в полупроводниках можно свести к следующим основным: – поглощение света и фотопроводимость; – фотоэффект в p-n переходе; – электролюминесценция; – стимулированное когерентное излучение. Далее Назад

Фотопроводимость. Фоторезистивный эффект Явлением фотопроводимости называется увеличение электропроводности полупроводника под воздействием электромагнитного излучения. При освещении полупроводника в нем происходит генерация электронно- дырочных пар за счет переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. Вследствие этого проводимость полупроводника возрастает на величину Ds = e (mn Dni + mp Dpi), (1) где e – заряд электрона; mn – подвижность электронов; mp – подвижность дырок; Dni – концентрация генерируемых электронов; Dpi – концентрация генерируемых дырок. Поскольку основным следствием поглощения энергии света в полупроводнике является перевод электронов из валентной зоны в зону проводимости, т.е. междузонный переход, то энергия кванта света фотона должна удовлетворять условию hnкр іDW, (2) где h – постоянная Планка; DW – ширина запрещенной зоны полупроводника; nкр – критическая частота электромагнитного излучения (красная граница фотопроводимости). Далее Назад

Фоторезисторы Конструкция и схема включения фоторезистора. Темновой и световой ток Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, проводимость которых меняется под действием света. Если фоторезистор включен последовательно с источником напряжения и не освещен, то в его цепи будет протекать темновой ток Iт = E / (Rт + Rн), (4) где Е – э. д. с. источника питания; Rт – величина электрического сопротивления фоторезистора в темноте, называемая темновым сопротивлением; Rн – сопротивление нагрузки. При освещении фоторезистора энергия фотонов расходуется на перевод электронов в зону проводимости. Количество свободных электронно-дырочных пар возрастает, сопротивление фоторезистора падает и через него течет световой ток Iс = E / (Rс + Rн). (5) Разность между световым и темновым током дает значение тока Iф, получившего название первичного фототока проводимости Iф = Iс – Iт. (6) Далее Назад

Регистрация оптического излучения Для регистрации оптического излучения его световую энергию обычно преобразуют в электрический сигнал, который затем измеряют обычным способом. При этом преобразовании обычно используют следующие физические явления: – генерацию подвижных носителей в твердотельных фотопроводящих детекторах; – изменение температуры термопар при поглощении излучения, приводящее к изменению термо-э. д. с.; – эмиссию свободных электронов в результате фотоэлектрического эффекта с фоточувствительных пленок. Наиболее важными типами оптических детекторов являются следующие устройства: – фотоумножитель; – полупроводниковый фоторезистор; – фотодиод; – лавинный фотодиод. Далее Назад

Характеристики фоторезисторов Основными характеристиками фоторезисторов являются: Вольтамперная, характеризующая зависимость фототока (при постоянном световом потоке Ф) или темнового тока от приложенного напряжения. Для фоторезисторов эта зависимость практически линейна. Закон Ома нарушается в большинстве случаев только при высоких напряжениях на фоторезисторе. Световая (люксамперная), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фотрезисторы имеют нелинейную люксамперную характеристику. Наибольшая чувствительность получается при малых освещенностях. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклон люксамперной характеристики зависит от приложенного к фоторезистору напряжения. Далее Назад

Спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны. Спектральная характеристика определяется материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента. Сернисто-кадмиевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые – в красной, а сернисто-свинцовые – в инфракрасной. Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока – с увеличением частоты светового потока фототок уменьшается. Инерционность оганичивает возможности применения фоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты. Назад Далее

Полупроводниковый фотодетектор Полупроводниковый кристалл последовательно соединен с резистором R и источником постоянного напряжения V. Оптическая волна, которую нужно зарегистрировать, падает на кристалл и поглощается им, возбуждая при этом электроны в зону проводимости. Такое возбуждение приводит к уменьшению сопротивления Rd полупроводникового кристалла и, следовательно, к увеличению падения напряжения на сопротивлении R, которое при DRd / Rd

Из сказанного следует, что главным преимуществом полупроводниковых фотодетекторов по сравнению с фотоумножителями является их способность регистрировать длинноволновое излучение, поскольку создание подвижных носителей в них не связано с преодолением значительного поверхностного потенциального барьера. Недостатком же их является небольшое усиление по току. Кроме того, для того чтобы фотовозбуждение носителей не маскировалось тепловым возбуждением, полупроводниковые фотодетекторы приходится охлаждать. Далее Назад

Список литературы 1. Гершунский Б. С. Основы электроники и микроэлектроники. – К.: Вища школа – 423 с. 2. Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам; под ред. К. В. Шалимовой. – М.: Высшая школа – 464 с. 3. Федотов Я. А. Основы физики полупроводниковых приборов. – М.: Советское радио – 591 с. 4. Yariv A. Introduction To Optical Electronics. – М.: Высшая школа – 400 с. 5. Kittel C. Introduction To Solid State Physics, 3d Ed. – New York: Wiley, – p Kittel C. Elementary Solid State Physics. – New York – London: Wiley, Далее Назад

Благодарю за Внимание !