
называемым темновым) сопротивлением фоторезистора описыва-
ется выражением
A U=
U
""
T R
" Ф .
(Rr+K)
Для увеличения чувствительности измерений и обеспечения тре-
буемого диапазона спектральной чувствительности фоторезисторы
часто снабжают устройствами для охлаждения сжиженным газом
(фреон, азот, неон, гелий) или полупроводниковыми термоэлектри-
ческими холодильниками. Находят применение многоэлементные
фоторезисторы — фоторезисторные линейки.
Спектральная чувствительность фоторезисторов, зависящая от
материала фоточувствительного слоя и наличия охлаждения, охваты-
вает диапазон длин волн от 0,4 до 40 мкм. Площадь чувствительного
слоя 1—60 мм
2
. Постоянная времени фоторезисторов составляет
Ю
-3
—Ю
-5
с. Рабочее напряжение 1,3—200 В. Интегральная чувстви-
тельность фоторезисторов, определяемая при максимальном рабо-
чем напряжении питания, — 3—20 А/лм.
Значение сопротивления фоторезисторов существенно уменьша-
ется с увеличением температуры, что необходимо учитывать при их
применении в средствах измерительной техники.
Фотодиоды — полупроводниковые приемники оптических излу-
чений, действие которых основано на внутреннем фотоэффекте, в
которых использована одностороняя проводимость р—«-перехода,
приводящая при поглощении оптического излучения к появлению
фото-ЭДС (фотогальванический режим) или при наличии пита-
ния — к изменению значения обратного тока (фотодиодный режим).
Основной элемент фотодиода — пластина из полупроводника
(рис. 7.4, г), внутри которой имеются области электронной («-об-
ласть) и дырочной (^-область) проводимости, разделенные электрон-
но-дырочным р—«-переходом (контактом). Пластина размещена в
корпусе, снабженном окном, прозрачным для измеряемого оптиче-
ского излучения. В некоторых конструкциях фотодиода окно выпол-
нено в виде собирающей линзы.
За счет различия электрических свойств между названными об-
ластями пластины наблюдается контактная разность потенциалов
(диффузионное поле), вызываемая диффузией дырок из р-области в
«-область и наоборот
—
электронов из «-области в /^-область. При
этом «- и ^-области приобретают соответственно положительный и
отрицательный заряды. При освещении «-области в ней образуются
новые носители заряда — электроны и дырки, что приводит к воз-
никновению градиента концентрации носителя заряда в «-области.
130
Под действием этого градиента и при условии, что расстояние от мес-
та возникновения до р—«-перехода не превышает диффузионной
длины носителя заряда, происходит диффузионное перемещение
возникших носителей заряда от освещенной поверхности в глубь
«-области. Здесь неосновные носители — дырки — переходят в р-об-
ласть (обратный ток неосновных носителей), а электроны, для кото-
рых диффузионное электрическое поле р—«-перехода является запи-
рающим, остаются в «-области. При постоянном освещении фото-
диода в «-области накапливаются электроны, а вр-области
—
дырки.
Если фотодиод не подключен к нагрузке, это накопление не мо-
жет продолжаться беспредельно, так как одновременно с возрастани-
ем концентрации дырок в /^-области и электронов в «-области увели-
чивается создаваемое ими электрическое поле, которое препятствует
переходу дырок через запирающий слой из «-области в р-область. По
мере возрастания этого поля увеличивается и обратный ток носите-
лей. В конце концов возникает динамическое равновесие, при кото-
ром число неосновных носителей, перемещающихся в единицу време-
ни через р—«-переход, равно числу тех же носителей, перемещающих-
ся в обратном направлении. Это приводит к появлению фото-ЭДС,
поле которой направлено против поля диффузии. Фото-ЭДС понижа-
ет одностороннюю проводимость р—«-перехода, что приводит к уве-
личению прямого тока основных носителей. При этом на ^—«-пере-
ходе устанавливается некоторая разность потенциалов (/ьобласть за-
ряжается положительно, а «-область — отрицательно) так называе-
мого холостого хода U
xx
, которая будет существовать до тех пор, пока
фотодиод освещен.
При подключении к фотодиоду нагрузки R
H
(рис. 7.4, д) через нее
будет протекать ток /, значение которого определяется разностью
встречных потоков носителей через р—«-переход. Значение фо-
го-ЭДС может достигать
1
В. Таким образом, в рассмотренном режи-
ме работы фотодиод является источником энергии. Такой режим его
работы принято называть фотогальваническим или вентильным.
Вольт-амперная характеристика фотодиода, работающего в фото-
гальваническом режиме, описывается выражением
(7.1)
I
де /
ф
— фототок, т. е. ток, образованный потоком черезр—«-переход
неосновных носителей заряда, возбужденных оптическим излучени-
ем; /
0
— темновой ток; е — заряд электрона; U
R
— падение напряже-
213