Fotorezistul - studopediya

Photoresistor este numit un dispozitiv semiconductor, dintre care rezistența electrică se modifică sub influența luminii. Cea mai mare parte a celulei fotoelectrice este un element semiconductor prevăzut cu terminale, și poziționate astfel încât lumina poate cădea pe ea.

Principiul photoresistor se bazează pe formarea de sumă complement țional de purtători de sarcină mobili în semiconductoare prin absorbția energiei radiante, prin care rezistența sa scade, adică există o conductivitate suplimentară, fotoconductie numit semiconductoare. Dacă iluminarea suprafața semiconductorului este continuă, atunci numărul de purtători suplimentari vor crește până la un echilibru dinamic, atunci când numărul de nou apărut egal cu numărul de purtători vor recombina. După încetarea iluminării transportatorilor în exces recombina unul cu altul, iar conducta este restabilită caracteristica valoarea anterioară nu membru iradiat.

Concentrația de purtători de sarcină excitat de lumină, dată de expresia

unde F - intensitatea expunerii; b1 - coeficient de proporționalitate în funcție de frecvența luminii incidente și rata de recombinare a purtătorilor de sarcină.

În cazul în care concentrația de purtători excitate de concentrare de lumină, mai puțin întuneric,

Expresia pentru fotoconductivitatii este de forma:

Din punct de vedere energetic de creșterea conductivității semiconductoarelor explicată prin trecerea electronilor prin lumina din banda de valență la banda de conducție și celelalte tranziții (Figura 7.1.1). În acest caz, energia fotonica trebuie să HN fie mai mare decât energia decalaj banda # 916; E. se deplasează într-electroni de valență o zonă liberă, lăsând o gaură în locul ei. Acești purtători suplimentari anumit timp sunt într-o stare liberă, și apoi recombina, adică trece fie valenta
zonă sau la niveluri de impurități. Cu toate acestea, unii dintre fotonii absorbiți de suprafața semiconductorului, este împrăștiată în rețeaua cristalină, creșterea intensității mișcării termice. Pentru fotocurentul este necesară în circuit în serie cu fotorezistenta includ surse străine de CEM Expresia pentru fotocurentul poate fi scrisă ca

unde sf -fotoprovodimost, E - câmp electric, S - aria secțiunii transversale a semiconductorului. diferența IPH între lumină și întuneric curent ISV IT:

curent întunecat este un parametri photoresistor. Uneori este mai convenabil de a utiliza conceptul de rezistență întuneric, care este definită ca rezistența neluminat photoresistor. Pentru majoritatea Fotorezistul indică limita inferioară a rezistenței întuneric. De obicei, valoarea rezistenței întuneric este în intervalul de zeci de kohmi la câteva megohmi.

Pentru a transfera un electron din banda de valență la banda de conducție trebuie să-l informeze anumită energie. Datorită faptului că diferite materiale au decalaj de bandă diferite, există un prag de lungime de undă fotorezist, diferite pentru diferite materiale. De exemplu, lățimea benzii interzise de germaniu 0,72 eV și 1,12 eV de siliciu. Și, în consecință, lungimea de undă de prag pentru germaniului de 1,8 microni și 1,2 microni pentru siliciu. Pentru a transfera un electron de la un nivel de impuritate la banda de conducție necesită mult mai puțină energie (mai puțin de 0,1 eV), și în consecință, impactul mult mai mare lumină de lungime de undă (regiunea infraroșu). Prin urmare, se observă, de obicei, mai multe maxime: o unde scurte principal și longwave mai slabe datorită excitării tranzițiilor centrelor de impurități electroni interimpurity, absorbția de către purtători liberi, absorbția excitonului etc.

Caracteristicile curent-tensiune ale celulei fotoelectrice sunt liniare în disipare puterea maximă admisă la ele. Atunci când o tensiune mare pe fotorezistenta datorită încălzirii excesive este distrugerea stratului fotosensibil.

Caracteristicile curent-tensiune, în cazul general, poate fi scrisă ca

în cazul în care un - coeficient de caracteristici de neliniaritate luminii, g - coeficientul neliniaritatea caracteristicilor curent-tensiune, Ao - constantele determinate prin parametrii unui semiconductor, U - tensiunea aplicată, E - iluminarii.

Lumina (energie) Caracteristici fotorezistor (ris.7.1.2) este, în general neliniar. Caracteristicile de lumină caracteristică este prezența curentului întuneric, adică, curent care curge prin fotocelula în absența luminii ambientale (în întuneric). Într-un anumit interval de caracteristică lumina de iluminare poate fi aproximată prin expresia

Principalele caracteristici fotorezistorului este sensibilitatea integrantă și spectrală. Sensibilitatea fotorezist Integral este definit ca raportul dintre diferența de curent atunci când sunt iluminate și Isv întuneric IT pentru incidentul de flux luminos pe rezistor la Unom tensiune nominală:

unde F - fluxul luminos este determinat din expresia

S - zona de lucru a fotorezistenta în m 2; E - iluminat în lux.

Sensibilitatea fotorezist Integral depinde puternic de temperatură. Odată cu creșterea temperaturii sensibilitatea integrală este drastic redusă, deoarece crește concentrația de echilibru a purtătorilor de sarcină și probabilitatea recombinării purtătorilor în exces care apar atunci când lumina, ceea ce duce la o scădere a fotocurent.

Creșterea concentrației purtătoare cu o creștere a temperaturii duce la o creștere a curentului întuneric. În acest sens, în unele cazuri, în cazul în care o fotorezist sensibilitate ridicată se aplică de răcire. Sensibilitatea fotorezist Integral ajunge la o valoare de 4 A / lm.

Deoarece relația dintre curent și tensiune este liniară, sensibilitatea parametrilor de intrare ai fotorezist specifice. Sensibilitatea specifică este raportul dintre fotocurentului fluxului luminos cu condiția ca tensiunea aplicată este egală cu fotoconductorii 1:

Astfel, sensibilitatea specifică scade odată cu creșterea fluxului luminos. Uneori, caracteristicile de sensibilitate ale celulei fotoelectrice este convenabil de a folosi modificarea relativă a rezistenței

sau parametru schimbare rezistență multiplicitate care reprezintă un raport al rezistenței la întuneric rezistența iluminare Rt / Rsv. unde Rt - rezistența la întuneric; RSV - rezistență atunci când iluminarea E.

Este evident că multitudinea crește rezistența la schimbare cu creșterea iluminare, deoarece rezistența la RSV scade, iar Rt rămâne neschimbat. Prin urmare, valoarea multiplicitate este indicată în anumite iluminat. De exemplu, când iluminarea este de 200 lx ori modificări în rezistența pentru fotorezistenta plumb sulfurat este unitate, iar pentru sulf-cadmiu atinge 10 May .Spektralnaya valoarea sensibilității fotorezist este determinată de fotocurentul sau fotoconductivitatii sale cu o iluminare unitate de lumină flux de lungime de undă specifică. Pe ris.7.1.3 prezintă caracteristicile spectrale ale fotorezistori sulfura de cadmiu. Maximul are loc la o lungime de undă corespunzătoare energia necesară pentru a transfera electroni banda de conducție. În cazul în care conductorul este dopat cu impurități, atunci fiecare impuritate din grafic corespunde maxim.

De aceea, de exemplu, fotorezistori sulf-cadmiu au o sensibilitate maximă în zona roșie și în infraroșu apropiat al spectrului, sulf-plumb - în infraroșu. Deoarece mulți maxim semiconductor lățime este semnificativă, sensibilitatea mai fotoconductiv suficient de mare pe o gamă largă de lungimi de undă (în practică, de la infraroșu la raze X).

Pe măsură ce crește temperatura vedea caracteristica spectrală variază. Acesta poate fi mutat în lung val, și în regiunea de scurtă lungime de undă a spectrului. Acest lucru se datorează faptului că diferența de bandă poate fi crescută, și poate scădea cu temperatura.

Sensibilitatea Prag caracterizează fluxul luminos minim în circuitul creează un semnal electric photoresistor, de obicei, de 2-3 ori mai mare decât zgomotul de tensiune photoresistor.

Odată cu scăderea temperaturii de prag crește sensibilitatea. Prin urmare, fotorezist de răcire adâncă este folosit pentru a atinge un prag ridicat de sensibilitate. Răcirea se efectuează lichide criogenice sau dispozitive de răcire. Notă, bandgap cu toate acestea, faptul că răcirea este redusă apare spectrală schimbare de sensibilitate maxima la lungimi de undă mai lungi.

După cum sa menționat deja, fotocurentul atinge valoarea sa maximă până la un anumit timp după începerea iradiere. În mod similar, numai după un anumit timp încetează după terminarea fotocurent iluminare. Astfel, fotocurentul nu are timp să urmeze schimbările în iluminare. Acest lucru se datorează creșterea finit și se încadrează ori ale purtătorilor în exces, care este determinat de durata de viață a purtătorilor minoritari în materialul semiconductor. La rândul său, durata de viață a purtătorilor minoritari, datorită numărului mare de capcane în semiconductor policristalin. Capcane de captare transportatorii atunci când lumina și să le eliberați după oprire.

Constanta de timp de inerție caracterizează fotorezist # 964;. pentru care fotocurentul scade ori e după photoresistor black-out instantanee. Inerția impactului photoresistor atunci când cade de ieșire de lumină modulată. Odată cu creșterea frecvenței de modulare de putere a fotocurentului va scădea. photoresistor constantă de timp ajunge la o valoare de 10 -7 s (pentru fotorezistori plumb sulfurat). Majoritatea fotorezistori sulfurat cadmiu inerțiale. Cu o creștere a iluminării energetice și temperatura timp scade constant. Pentru caracteristica fotoconductiv ca si final fotocurentul poate diferi în mod semnificativ.

Proprietățile termice ale Fotorezistorul detectează coeficientul de temperatură al fotocurentului (TCP), exprimate în% g / v S. Valoarea TKF determinată de dependența de temperatură a fotocurentului la o anumită tensiune și iluminare.

Pentru modurile de maxim admise de fotorezist includ: Umah - tensiunea maximă de operare la care nu există schimbări ireversibile în structura fotorezist; Pmah - disiparea de putere maximă la care fotocelula este funcțional pentru durata de viață garantată. Excesul de putere disipată conduce la depășirea temperaturii admisibile și schimbări ireversibile proprietăți fotoconductive. Odată cu creșterea temperaturii ambiante, puterea maximă admisibilă descrește liniar.

Fotorezistor procesul de îmbătrânire ciudat. El este reducerea treptată a rezistenței ohmice, schimbarea creșterii fotocurentului și sensibilitatea. Acest proces continuă timp de câteva sute de ore, după care parametrii sunt stabilizate.

Luați în considerare dispozitivul fotorezistor (ris.7.1.4). Pe un substrat izolant din sticlă, mică, stratul de metal ceramic este aplicat 1 - aur, argint sau platină. Stratul metalic este tăiat cu fantă pentru a se separa în două electrod izolat electric 2. Apoi, suprafața metalică este aplicat pe stratul semiconductor 3. Pentru a proteja împotriva influențelor exterioare din stratul de acoperire fotocelulă lac sau rășină epoxidică 4, decât gama de lumină transmisiv a zonei dorite și sunt montate într-un metal sau plastic o carcasă care este echipat cu ace sau sârmă capete pentru a fi incluse în diagramă. Pentru corpul de penetrare lumina are fereastra situată peste stratul semiconductor. Pentru utilizare în chips-uri, precum și pentru cazurile în care există cerințe speciale la dimensiunile echipamentului, Fotorezistul produc un design fara rama. Construcții photoresistor asigură încorporarea în circuit prin contacte de presiune (FS-R0), prin includerea în panoul convențional (FS-K1) prin lipire (FS-K7), de exemplu, pentru a fi incluse într-un circuit punte. Fotorezistul destinate utilizării în condiții de umiditate ridicată sunt sigilate locuințe.

Material pentru Fotorezistul servi ca sulfură de plumb, compus sulfura de cadmiu, bismut, etc. având proprietăți semiconductoare. strat Semiconductor trebuie să fie subțire, astfel încât modificarea relativă a conductivității a fost cât mai mare posibil. Acest lucru se datorează faptului că creșterea conductivității este doar în straturile de suprafață, în cazul în care absorbția luminii, și la o distanță nu mai mare decât lungimea de difuzie a transportatorilor, care difuzează purtătorilor de sarcină eliberate. Fotorezistent strat semiconductor se obține prin evaporare în vid, presare și sinterizare pulberi ale unei plăci subțiri semiconductoare, răcirea chimică a producătorului singur cristal wafer. După depunerea plăcii semiconductor se coace în aer sau orice altă atmosferă care conține oxigen. Această prelucrare are o mare influență asupra caracteristicilor fotocelula. Natura și natura tratamentului termic depinde de sensibilitatea spectrală a celulei solare. Pentru a opera în domeniul infraroșu al spectrului sunt Fotorezistul tip DAF și JAF, și să lucreze în domeniul FGC luminii vizibile. Dacă Fotorezistul trebuie să fie instalat în apropierea sursei de lumină, în timp ce se utilizează Fotorezistul, stratul semiconductor care doar lumina reflectată cade. fotoconductorilor Desemnarea compus din litere FS și SF (photoresistor), urmată de o literă sau un număr care caracterizează compoziția materialului semiconductor și clearance-ul de proiectare (A - PbS, K - CdS, T - proiectare încapsulată).

Datorită simplității și fiabilitate, sensibilitate ridicată și dimensiuni mici Photoconductive găsi aplicarea pe scară largă și variată în diferite domenii ale tehnologiei. Ele pot fi utilizate ca celule fotovoltaice, dispozitive de măsurare, relee fotovoltaice și autoritățile de reglementare. Unii fotorezistori (FC-K0, K1-FS, FC-R6) au o mare putere de disipare admisibilă (de ordinul de 10 - 30 Watt) și au o tensiune de funcționare ridicată (peste 100 V). Au gasit o larga în dispozitivele de măsurare fotoconductive fotoelectrice pentru măsurarea intensității și compoziția spectrală a radiației, pentru măsurarea caracteristicilor optice diferite (coeficient de reflexie, indicele de refracție, densitate optică) pentru măsurarea deformațiilor cantarind-line și altele automate.

Se poate observa un alt domeniu de aplicare fotoconductiv tuburi de transmisie convertoare -fotoelektricheskie televiziune, imagini optice fotoelektrolyuministsentnye amplificatoare, amplificatoare și nodurile photocompensation stabilizatori DC și colab.

Avantajele Fotoconductorii includ sensibilitate ridicată integrală ce depășește sensibilitatea anumitor vacuum fotocelulele 10 5 ori, disipare de putere considerabilă, ceea ce face posibil controlul puterii circuitului electric de câteva wați, de dimensiuni mici și greutate, viață lungă, proprietăți de înaltă stabilitate, ușurința tehnologiei fabricarea acestora.

Dezavantajele fotoconductorilor sunt inerție, dependența de temperatură de funcționare a limita fotoconductoare într-un interval larg de temperatură, o dependență neliniară a fotocurentului asupra intensității de iradiere, o răspândire considerabilă a parametrilor din fotoconductori de același tip.