1.4.4. Фоторезисторы

Фоторезистором называется резистор, электрическое сопротивление которого зависит от освещенности.

Действие полупроводниковых фоторезисто­ров основано на эффекте фотопроводимо­сти, или внутреннем фотоэлектрическом эф­фекте. Этот эффект заключается в переходе электронов из валентной зоны или с при­месных уровней в зону проводимости или из валентной зоны на примесные уровни за счет энергии фотонов, которая при этом должна равняться энергии активации (Еа) соответствующего перехода или превосхо­дить ее. Последнее условие означает, что:

hn > Еа,

где h = 6,67- 10-34 Дж · с – постоянная Планка; ν – частота электромагнитного излучения.

Отсюда вытекает существование красной границы фотоэффекта – макси­мальной длины волны (lкр), способной вы­звать фотоэффект. Красная граница внут­реннего фотоэффекта у полупроводников, применяемых в современной технике, часто лежит в области инфракрасных лучей (порядка нескольких микрометров), что по­зволяет их использовать в качестве датчи­ков инфракрасного излучения. По мере укорочения длины волны от lкр фотоэф­фект более или менее быстро затухает из-за усиления поглощения света в поверхно­стном слое.

Распространенными полупро­водниковыми материалами, используемыми для изготовления фоторезисторов, являются: сернистый свинец, сульфид кадмия, селенид кадмия, обеспечивающие чрезвычайно вы­сокую чувствительность к освещению. Свой­ства фоторезисторов не зависят от поляр­ности приложенного напряжения, что по­зволяет включать их в цепь переменного тока. Фоторезисторы обычно обладают заметной инерционностью. Фоторезисторы имеют следующие характеристики: статические ВАХ, чувствительность (К), световую характеристику, спектральную характеристику, темновое сопротивление, кратность изменения сопротивления, температурный коэффициент фотото­ка, постоянную времени фототока.

Статические ВАХ (рис. 1.10) выра­жают зависимость постоянного тока, проте­кающего через фоторезистор, от приложен­ного напряжения при фиксированных значениях освещенности. Кривая 1 (рис. 1.8) снимается в отсутствие освещения и соответствует темновому току, остальные кривые представля­ют зависимости светового тока при различ­ной освещенности. Разность между свето­вым и темновым током при данном напря­жении на фоторезисторе называется фототоком. ВАХ фо­торезисторов линейны или близки к ли­нейным.

Чувствительность (К)это отношение при­ращения фототока к вызывающему его при­ращению светового потока, падающего на фоторезистор в отсутствие сопротивления нагрузки. Обычно указывается интегральная чувствительность, измеряемая при освещении фоторезистора стандартной лампой накаливания с цветовой темпера­турой 2850 К. Поскольку фототок зави­сит еще от приложенного напряжения и, кроме того, чувствитель­ность оказывается прямо пропорциональ­на напряжению, то пользуются понятием удельной чувствительности (Ki) при напряжении 1 В.

Значения К для различных типов фо­торезисторов заключены в пределах от сотен микроампер до сотен миллиампер на 1 лм и   1 В, а величина К при максимальных ра­бочих напряжениях достигает единиц ампер на 1 лм.

Световая характеристика (рис. 1.11) показывает зависимость фототока от освещенности. Обычно эта характеристика не­сколько отклоняется от линейной, и на ней обнаруживается уменьшение чувствитель­ности с ростом освещенности.

Спектральная характеристика выражает относительное (в процен­тах) изменение фототока в зависимости от длины волны падающего на фоторезистор света. Различают общий диапазон волн, к которым чувствителен фоторезистор (на­пример, в пределах снижения фототока до 10 % максимального значения) и волну ос­новного максимума. Полупроводниковые фоторезисторы, изготовленные из различ­ных материалов, работают в чрезвычайно широком диапазоне волн: от инфракрасных лучей до рентгеновских и гамма-лучей.

Темновое сопротивлениет) – это сопро­тивление, обусловленное темновым током. Обычно составляет единицы – десятки мегаом.

Кратность изм