Основні характеристики і параметри фото резисторів Основними характеристиками фото резисторів є:
вольт-амперні характеристики – залежність світлового струму і теплового струму фото резистора від напруги, прикладеної до нього при постійному опроміненні.
Залежність темрявого струму від напруги знімається в абсолютній темряві і визначається в основному опором напівпровідника.
При різних світлових потоках в робочій частині вольт-амперної характеристики вона майже лінійна і тільки має на початку сублінійну частину, яка визначається в основному опором контактів напівпровідника з виводом, і опором між
Рисунок 78 Вольт-амперні характеристики фото резистора
кристалами структури.
При збільшенні напруги кількість електронів, яка проходить через напівпровідник, збільшується; зменшується доля опорів контакту; і при деякій напрузі кількість електронів критична, на фоторезистові виділяється велика кількість тепла, і характеристика переходить в над лінійну частину.
Люкс-амперна (світлова) характеристика – це залежність фотоструму від світлового потоку, який освітлює площу фото резистора. Як правило, у всіх фото резисторів ця характеристика сублінійна за рахунок того, що проходить розщеплення квазі рівнів Фермі в напівпровіднику, коли одночасно до валентної зони зміщуються рівні електронів і дірок напівпровідника. Друга причина сублінійності – зменшення рухливості заряду в напівпровіднику при збільшенні струму через напівпровідник.
Рисунок 79 Світлова характеристика фото резистора
Спектральна характеристика – це залежність фотоструму від довжини хвилі світлового потоку. При великих λ мала кількість електронів може перейти із валентної зони в зону провідності, тому що енергії кванта буде недостатньо для виконання роботи переведення.
Спектральна характеристика залежить від матеріалу, з якого зроблений фото резистор, і для них існують порогові довжини хвилі, які визначають при спаді фотоструму на 50%, починаючи зі сторони великих довжин хвиль.
При малих довжинах хвиль λ зростає струм фото резистора і збільшується показник поглинання, тому глибина проникнення квантів світла в напівпровідник зменшується і основна частина не рівноважних носіїв виникає тільки поблизу освітленої поверхні напівпровідника. При цьому зростає роль поверхневої рекомбінації, і зменшується середній час життя не рівноважних зарядів, тому максимальний струм через фото резистор досягає при деякій строго визначеній довжині хвилі для даного напівпровідника, і падає як в сторону збільшення, так і в сторону зменшення довжин хвиль.
Основні параметри фото резисторів:
Стала часу наростання струму τн і спаду струму τс . це час, протягом якого струм збільшується або зменшується в 2,71 рази при освітленні або затемненні поверхні фото резистора.
Темновий опір, визначається через 30 секунд після зняття освітлення фото резистора, якщо він був освітлений 200лк.
Питома інтегральна чутливість – відношення фотоструму до світлового потоку і прикладеної напруги
Фото діоди
Напівпровідниковий фото діод – це діод, зворотній струм якого залежить від освітленості.
В якості фото діодів використовують прилади з р-n - переходом, який зміщений у зворотному напрямі зовнішнім джерелом живлення. При поглинанні квантів світла в р-n- переході або в поверхнях, які прилягають до нього, утворюються нові пари носіїв заряду електрон – дірка. При цьому неосновні носії заряду, які виникли в прилеглих зонах р-n- переходу на відстані менше дифузійної довжини, дифундують до р-n- переходу та утворюють крізь нього за рахунок прикладеної напруги додатковій струм. В робочому діапазоні зворотної напруги зворотній струм при освітленні фото діоду постійним світловим потоком приблизно має постійну величину та не залежить від напруги. Виходячи з цього, фото діод характеризується світловою характеристикою. Це залежністю зворотного струму фото діода від прикладеної напруги при постійному світловому потоці.
Рисунок 80. Зворотні гілки вольт – амперної характеристики фото діоду
За відсутністю світлового потоку вольт-амперні характеристики фото діода визначається зворотним струмом р-n- переходу, утвореним термо генерованими парами. При освітленні фото діоду при малій напрузі на ньому струм буде зростати, і характеристика буде нелінійною, поки при деякій напрузі струм не досягне максимуму. При постійному світловому потоці кількість генерованих неосновних носіїв заряду буде лишатися приблизно постійною, і тільки при збільшенні температури через фото діод за рахунок термічної генерації буде зростати струм. Крім того, фото діод можна охарактеризувати тими ж характеристиками, що і фото резистор.
Основними параметрами фото діода є:
Інтегральна чутливість це відношення величини струму до світлового потоку
К=Іф/Ф
Стала часу фото діода (залежить від бар’єрної ємності постійно ввімкненого переходу та опору)
τ = r·Cбар
Крім того, часто фото діод характеризують часом прольоту носіїв через р-n- перехід, і загальна інерційністю фото діоду буде визначатись часом прольоту та сталою часу. Час прольоту залежить від товщини бази.
Окрім фотодіодів в оптоелектроніці широко застосовуються фото транзистори та фото тиристори. Принцип їх роботи заснований на зміні опору, а відповідно і струму, який можна створити в областях бази при освітленні їх світловим потоком.