Фотосопротивления и их характеристики

Фотосопротивление, или фоторезистор – это полупроводниковый прибор, уменьшающий свое электрическое сопротивление под действием лучистого потока. Он изготавливается следующим образом. На изолирующую подложку наносится тонкий слой полупроводника, обычно методом испарения в вакууме. Затем по краям этого слоя также испарением в вакууме наносятся металлические электроды. Пластинка помещается в эбонитовую или пластмассовую оправку с окошком. Электроды соединяются с двумя выводными клеммами, с помощью которых фотосопротивление включается в цепь последовательно с источником напряжения (рисунок 73.3). Для предохранения от влияния воздуха фоточувствительная поверхность покрывается тонкой пленкой лака такого сорта, чтобы лаковая пленка обладала прозрачностью в той области спектра, которую «чувствует» данное фотосопротивление.

Другой распространенный способ создания фоточувствительного слоя состоит в том, что полупроводниковое вещество измельчается в мелкий порошок, из которого выпрессовывается тонкие таблетки, которые подвергаются спеканию. Затем на них наносят токовые электроды и помещают в пластмассовую оправку с окошком. Иногда фотосопротивления изготавливаются из монокристалла фотоактивного полупроводникового вещества.

1 – изолирующая подложка; 2 – п/п слой; 3 – металлические электроды.

Рисунок 73.3

Когда фотосопротивление, включенное в цепь с источником напряжения, затемнено, то в цепи, а следовательно, и в фотосопротивлении течет ток , определяемый электрическим сопротивлением фоторезистора и приложенной к нему разностью потенциалов. Этот ток называют темновым. При падении на поверхность фотосопротивления лучистого потока интенсивностью ток возрастает, достигая значения (это возрастание идет не по линейному, а по более сложному закону). Разность между световым и темновым током и дает значение фототока:

т.е. тока, который образуется из освобожденных излучением носителей заряда. Величина , измеренная при определенных условиях, является важной характеристикой фотосопротивления.

Каждое сопротивление характеризуется рядом параметров, определяющих не только его свойства, но и пределы применимости. Важнейшими характеристиками фотосопротивлений являются:

1)вольтамперная характеристика, выражающая зависимость фототока от напряжения при постоянном световом потоке

при .

У большинства фотосопротивлений эта зависимость линейна и проходит через начало координат;

2) Световая характеристика, выражает зависимость фототока от величины светового потока при постоянном напряжении

при

- эта характеристика, как правило, нелинейная;

3) Удельная интегральная чувствительность – отношение фототока к величине светового потока при величине внешнего напряжения, приложенного к фотосопротивлению, равной 1В:

(мкА/лмВ)

4) Спектральная чувствительность – характеризует величину фототока от действия единицы лучистого потока определенной длины волны. Эта характеристика отражает тот факт, что фотосопротивление не в одинаковой мере чувствует излучение различных длин волн, рисунок 73.4 иллюстрирует это явление. На этом же рисунке показана зависимость фоточувствительности от длины волны (вообще говоря, максимум фоточувствительности приходится на край поглощения). На рисунке 73.5 показаны спектральные характеристики для различных фотосопротивлений.

Рисунок 73.4 Рисунок73.5

5) Постоянная времени – время, в течении которого фототок после прекращения освещения уменьшается в раз. Эта характеристика позволяет оценить степень инерционности фотосопротивления, т.к. после прекращения освещения избыточные носители не мгновенно, а в течении некоторого времени рекомбинируют друг с другом до тех пор, пока не установиться концентрация свободных носителей заряда, характерная для неосвещенного полупроводника (темновая концентрация ).

6) Частотная характеристика – также отражает инерционные свойства фотосопротивлений. Фотоэлектрическая инерционность приводит к тому, что когда на поверхность полупроводника падает переменный световой поток (модулированный свет ), то сила фототока зависит от частоты модуляции.

7) Пороговая чувствительность – минимальная величина светового потока, способного вызвать электрический сигнал, в 2-3 раза превышающий напряжение шума прибора.

8) Темновое сопротивление – сопротивление неосвещенного образца.

9) Номинальное напряжение – напряжение, при котором, рекомендуется использовать данное фотосопротивление.

В качестве материала для изготовления фотосопротивлений используется не любые полупроводниковые вещества, а только те из них, в которых фотопроводимость реально ощутима. К таким веществам относятся Se, Te, S, PbS, , CdS, PbTe, PbSe, CdS и др.

Фотосопротивления нашли широкое практическое применение в различных схемах измерения, автоматически и контроля.

По сравнению с вакуумными фотоэлементами с внешним фотоэффектом фотосопротивления имеют ряд преимуществ: значительно большую интегральную чувствительность, хорошие спектральные характеристики, высокую стабильность свойств, большой срок службы, малые габариты, простоту технологий изготовления. К недостаткам фотосопротивлений относятся их инерционность, отсутствие прямой пропорциональности между силой фототока и интенсивностью освещения, температурная значимость.