Усовершенствование характеристик видеотерминальных устройств дисплеев (стр. 10 из 17)

Рассмотренный механизм поглощения света, приводящий к появлению свободных носителей заряда в полупроводнике, называют фото активным. Поскольку при этом изменяется проводимость, а следовательно, внутреннее сопротивление полупроводника, указанное явление было названо фоторезистивным эффектом.

Основное применение фоторезистивный эффект находит в светочувствительных полупроводниковых приборах – фоторезисторах, которые широко используются в современной оптоэлектронике и фотоэлектронной автоматике.

Фоторезистор представляет собой непроволочный дискретный полупроводниковый резистор, омическое сопротивление которого определяется степенью освещенности. Под воздействием светового потока электрическое сопротивление слоя меняется в несколько раз (у некоторых типов фотосопротивлений оно уменьшается на два- три порядка). В зависимости от применяемого слоя полупроводникового материала фотосопротивления подразделяются на сернисто-свинцовые, сернисто-кадмиевые, сернисто-висмутовые и поликристаллические селено - кадмиевые. Фотосопротивления обладают высокой чувствительностью, стабильностью, экономичны и надежны в эксплуатации. В целом ряде случаев они с успехом заменяют вакуумные и газонаполненные фотоэлементы.

Многие фоторезисторы, представленные в справочнике, имеют старое обозначение, состоящее из двух букв: ФС, последней буквы, указывающей на материал фоточувствительного элемента (K-CdS, Д-CdSe, A-PbS); цифры — указа на конструктивное оформление фоторезистора, иногда первой цифрой стоит буква Г или П характеризующие конструктивное исполнение ,и означающие, что конструкция для условий тропического климата и повышенной

влажности.(Г - герметизированные, П - пленочные).

Новое обозначение фоторезисторов состоит из букв ФР и номера разработки.

Например, ФР-193 Д означает: фоторезистор с номером разработки 193, группы Д.

Название типа фоторезисторов слагается из букв и цифр, причем в старых обозначениях буквы А, К, Д обозначали тип использованного светочувствительного материала, в новом же обозначении эти буквы заменены цифрами.

В табл.2.1 приведены наименования наиболее распространенных обозначений фоторезисторов.

Таблица 2.1- Типовые обозначения фоторезисторов

Вид фоторезисторов
Сернисто-свинцовые	ФСА-0, ФСА-1, ФСА-6, ФСА-Г1, ФСА-Г2
Сернисто-кадмиевые	ФСК-0,1,2,4,5,6,7,ФСК-Г1,ФСК-Г2,ФС'Р;-Г7, ФСК-П1 СФ2-1, 2, 4, 9, 12
Селенисто-кадмиевые	ФСД-0, ФСД-1, ФСД-Г1 СФ3-1, 8

Фоторезисторы выпускаются в пластмассовом или метал корпусе, а также в бескорпусном варианте. Большинство приборов является неохлаждаемыми, т. е. предназначеными для работы при температуре окружающей среды. Но целый ряд приборов охлаждаемых, работа которых возможна только после заливки в специальный сосуд хлада, предназначенного для охлаждения фоточувствительно элемента.

Полупроводниковые фоторезисторы работают в цепях как постоянного, так и переменного тока. Техническими условиями допускается так же использование фоторезисторов в импульсных режимах, при средней мощности рассеяния, не превышающей максимально-допустимого значения. Фоторезисторы могут работать при больших интенсивностях света, при условии не превышения предельногозначения фототока и мощности рассеяния.

Для изготовления серийных фоторезисторов используются различные типы материалов: сернистый кадмий (CdS), селенис кадмий (CdSe), сернистый свинец (PbS) и селенид свинца (PbSe). Фоторезисторы чувствительные к инфракрасному излучению длинноволнового диапазона изготавливают на основе кадмий-ртуть-теллур и антимонида индия (InSb).

Светочувствительный элемент в некоторых типах фоторезисторов выполнен в виде круглой или прямоугольной таблетки, спрессованной из порошкообразного сульфида или селенида кадмия, в других он представляет собой тонкий слой полупроводника, нанесенного на стеклянное основание. В том и другом случае с полупроводниковым материалом соединены два металлических вывода. В зависимости от назначения фоторезисторы имеют совершенно различное конструктивное оформление. Иногда это просто пластина полупроводника на стеклянном основании с токонесущими выводами, в других случаях фоторезистор имеет пластмассовый корпус с жесткими штырьками. Среди таких фоторезисторов следует особо отметить ФСК-6, приспособленный для работы от отраженного света, для чего его корпус имеет в центре отверстие для прохождения света к отражающей поверхности. Выпускаются фоторезисторы в металлическом корпусе с цоколем, напоминающим ламповый, или в корпусе, как у герметизированных конденсаторов или транзисторов. Малогабаритные пленочные фоторезисторы выпускаются в пластмассовых и металлических корпусах с влагозащитным покрытием светочувствительного элемента прозрачными эпоксидными смолами.

Конструкция монокристаллического и пленочного фоторезисторов показана на рис.2.1 и рис. 2.2.

Рисунок 2.1 - Монокристаллический фоторезистор

Рисунок 2.2 - Пленочный фоторезистор

Основным элементом фоторезистора является в первом случае монокристалл, а во втором – тонкая пленка полупроводникового материала.

Если фоторезистор включен последовательно с источником напряжения (рис. 2.3 ) и не освещен, то в его цепи будет протекать темновой ток

Iт = E / (Rт + Rн), (2.4)

где Е – э. д. с. источника питания;

Rт – величина электрического сопротивления фоторезистора в темноте,

называемая темновым сопротивлением;

Rн – сопротивление нагрузки.

Рисунок 2.3 - Схема включения для измерения параметров и характеристик фоторезисторов

При освещении фоторезистора энергия фотонов расходуется на перевод электронов в зону проводимости. Количество свободных электронно-дырочных пар возрастает, сопротивление фоторезистора падает и через него течет световой ток

Iс= E / (Rс + Rн). (2.5)

Разность между световым и темновым током дает значение тока Iф, получившего название первичного фототока проводимости

Iф=Iс – Iт. (2.6)

Когда лучистый поток мал, первичный фототок проводимости практически безынерционен и изменяется прямо пропорционально величине лучистого потока, падающего на фоторезистор. По мере возрастания величины лучистого потока увеличивается число электронов проводимости. Двигаясь внутри вещества, электроны сталкиваются с атомами, ионизируют их и создают дополнительный поток электрических зарядов, получивший название вторичного фототока проводимости. Увеличение числа ионизированных атомов тормозит движение электронов проводимости. В результате этого изменения фототока запаздывают во времени относительно изменений светового потока, что определяет некоторую инерционность фоторезистора.

К основным характеристикам фоторезисторов относятся:

- вольтамперная, характеризующая зависимость фототока (при постоянном световом потоке Ф) или темнового тока от приложенного напряжения. (рис.2.4 ). Закон Ома нарушается в большинстве случаев только при высоких напряжениях на фоторезисторе. Эта характеристика линейна в довольно широких пределах. Для некоторых типов фоторезисторов при напряжениях меньше рабочего наблюдается нелинейность. Световая (люксамперная), характеризующая зависимость фототока от падающего светового потока постоянного спектрального состава. Полупроводниковые фоторезисторы имеют нелинейную люксамперную характеристику (рис.2.5). Наибольшая чувствительность получается при малых освещенностях. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения очень малых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой ток растет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклон люкс амперной характеристики зависит от приложенного к фоторезистору напряжения.

Рисунок 2.4 - Вольтамперная характеристика фоторезистора

Рисунок 2.5 - Световая характеристика фоторезистора

- спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны.

Спектральная характеристика определяется материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента. Как видно из этих характеристик, фоторезисторы с сернисто-кадмиевым светочувствительным элементом имеют максимальную чувствительность в видимой части спектра, фоторезисторы, выполненные на основе селенистого кадмия, наиболее чувствительны к красной и инфракрасной части спектра, а сернисто-свинцовые фоторезисторы имеют максимум чувствительности в инфракрасной, области спектра (рис.2.6).

-частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока – с

увеличением частоты светового потока фототок уменьшается (рис.2.7).

Инерционность ограничивает возможности применения фоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты.

.

Рисунок 2.6 - Спектральные характеристики фоторезистора

Рисунок 2.7 - Частотные характеристики фоторезистора