5.1.3.  Основные характеристики и параметры

Вольт-амперные характеристики фоторезистора представляют собой зависимости тока через фоторезистор от приложенного к его выводам напряжения при различных значениях светового потока (рис. 5.2).

Рис. 5.2. ВАХ фоторезистора (Ф₃ > Ф₂ > Ф₁)

Рис. 5.3. Энергетическая характеристика фоторезистора

В темноте проводимость фото­резистора обусловлена наличием свободных носителей зарядов – электронов и дырок, образовавшихся в результате теплового воз­буждения. Ток через фоторезистор при некотором рабочем напря­жении  и Ф = 0 называется темповым током (), а ток при Ф > 0 – световым током (). Разность этих токов равна фототоку:

.

В рабочем диапазоне напряжения ВАХ фоторезисторов при различных значениях светового потока практически линейны. При больших напряжениях на фоторезисторе ВАХ опять может отклоняться от линейной, становясь нелинейной. Нелинейность связана с повышением температуры всего фото­чувствительного слоя из-за большой выделяющейся мощности.

Энергетическая характеристика фототока (рис. 5.3) – зависимость фототока от светового потока – линейна в области небольших значений Ф. При увеличении Ф рост фототока замедляется, так как с увеличением концентрации свободных носителей заряда возрастает вероятность их рекомбинации через ловушки и, следовательно, уменьшается время жизни (). Второй причиной, приводящей к нелинейности энергетической характеристики фоторезистора, является уменьшение подвижно­сти носителей заряда при увеличении освещенности из-за увели­чения концентрации ионизированных атомов в полупроводнике и, следовательно, из-за увеличения рассеяния носителей заряда ионизированными атомами.

Энергетическую характеристику иногда называют люкс-ампер­ной, откладывая при этом по оси абсцисс не световой поток, а ос­вещенность в люксах.

В узком диапазоне освещенностей для аппроксимации свето­вой характеристики часто используют зависимость:

,

где А и х – коэффициенты, являющиеся постоянными для данно­го фоторезистора в выбранном диапазоне освещенностей; Е – освещенность.

Спектральная характеристика фоторезистора – это зависи­мость фототока от длины волны падающего на фоторезистор света (рис. 5.4). По вертикальной оси отложено относительное значение фототока:

.

 

Рис. 5.4. Относительные характеристики спектральной чувствительности

фоторезисторов на основе собственной (а) и примесной (б) фотопроводимостей: 1 – CdSe; 2 – PbS; 3 – PbSe; 4 – InSb (T = 77 К); 5 – PbSe (77K);

6 – Ge(Au) (60 К); 7 – Ge(Cd) (23 К); 8 – Ge(Cu) (15 К); 9 – Ge(Zn) (4 К)

При больших длинах волн, т.е. при малых энергиях квантов света по сравнению с шириной запрещенной зоны полупроводника, энергия кванта оказывается недостаточной для переброса электрона из валентной зоны в зону проводимости. Поэтому для каждого полупроводника и соответственно для каждого фоторезистора существует пороговая длина волны (наибольшая), которую обычно определяют как длину волны, соответствующую спаду фототока на 50 % со стороны больших длин волн.

При малых длинах волн с уменьшением длины волны падаю­щего на фоторезистор света растет показатель поглощения. Поэтому глубина проникновения квантов света в полупроводник уменьшается, т.е. основная часть неравновесных носителей заря­да возникает вблизи освещаемой поверхности фоточувствитель­ного слоя. При этом увеличивается роль поверхностной рекомби­нации и уменьшается среднее время жизни неравновесных носи­телей. Таким образом, спектральная характеристика имеет спад и при малых длинах волн.

Различные полупроводники имеют ширину запрещенной зоны от десятых долей до 3 эВ. Поэтому максимум спектральной ха