|
|
|
ФОТОРЕЗИСТОРЫТакже как и фотодиод, фоторезистор является фотопроводящим устройством. Для изготовления фоторезисторов, как правило, применяется сульфид кадмия (CdS) и селенид кадмия (CdSe) (информация о CdS фоторезисторах приводится с разрешения Hamamatsu Photonics К.К). Эти материалы являются полупроводниками, сопротивление которых меняется при попадании на их поверхность света, т.е. фотоэффект здесь заключается в изменении удельного сопротивления материала. Очевидно, что фоторезисторы необходимо подключать к источникам питания. На рис. 14.4А отображена схема фоторезистивного элемента. Из рисунка видно, что в нем на поверхности двух противоположных концов фотопроводника нанесены электроды. В темноте такой элемент имеет очень высокое сопротивление, и, следовательно, при подключении к нему источника напряжения К, темно-вой ток в цепи, наличие того объясняется тепловыми явлениями, будет очень низким. При попадании света на поверхность фоторезиста, в цепи потечет ток /. 
Рис. 14.14. Структура фоторезистора (А); фоторезистор
серпантинной формы (Б)
Причина увеличения тока заключается в следующем. Непосредственно под зоной проводимости кристалла находится донорный уровень, а
над валентной зоной располагается акцепторный уровень. В условиях темноты эти
уровни являются практически заполненными электронами и дырками, что объясняет
высокое сопротивление полупроводникового кристалла.
При освещении фотопроводящего кристалла его материал
поглощает летящие фотоны, в результате чего энергия электронов валентной зоны
возрастает, что позволяет им переместиться в зону проводимости. При этом в
валентной зоне остаются свободные дырки. Этот процесс и объясняет повышение
удельной проводимости материала. Акцепторный уровень, расположенный рядом с
валентной зоной, не может удержать электроны, поэтому в валентном слое
происходит не так много рекомбинаций пар электрон-дырка, а количество свободных
электронов в зоне проводимости значительно возрастает. Поскольку ширина зоны
запрещенных энергий для CdS составляет 2.41 эВ, длина волны границы поглощения
равна A=c/v=515 нм, т.е. находится в видимом спектральном диапазоне. Следовательно, при помощи CdS-резисторов можно детектировать излучение с длиной
волны, меньшей 515 нм. Другие фоторезистивные материалы имеют иные значения
предельных длин волн. к примеру, Si и Ge наиболее эффективны в ближнем ИК
диапазоне излучений.
Можно показать, что для улучшения чувствительности и
снижения сопротивления резистивного элемента расстояние между электродами
необходимо уменьшать, а ширину детектора d — увеличивать. Для выполнения этих условий
детектор должен быть очень коротким и очень широким. Для этого фотодетектору
часто придают форму серпантина (рис. 14.14Б).
В зависимости от методов изготовления фоторезистивные
элементы можно разделить на три подгруппы: монокристаллические, спеченные и
напыленные. Спеченные фоторезистивные элементы обладают наибольшей
чувствительностью и простотой формирования больших чувствительных зон, а также
сравнительно низкой стоимостью. Технология изготовления CdS элементов состоит
из следующих этапов: 1. Порошок CdS высокой чистоты смешивается с
соответствующими компонентами и флюсом
Полученная смесь растворяется в воде
Раствор в виде пасты наносится на поверхность керамической
подложки и выдерживается нето время до высыхания
После этого подложка с нанесенной пастой помещается в печь с
высокой температурой, где происходит процесс спекания для получения структуры,
состоящей из нескольких кристаллов. На этом этапе происходит формирование
фотопроводящего слоя.
На полученную структуру наносятся электроды и крепятся
выводы Датчик размещается в пластиковом или металлическом корпусе с или без
окошка. Для изменения спектральной характеристики фоторезистора в смесь
порошка, формируемую на первом этапе, вводят некоторые добавки. к примеру,
введение селе-нида или даже замена CdS на CdSe приводит к сдвигу спектральной
характеристики в область более длинных волн (в оранжевый и красный диапазон).
Две схемы, отображенные на рис. 14.15, приведены для
иллюстрации способов применения фоторезисторов. Схема А является схемой автоматического
включения света при снижении освещенности (часть схемы, выключающей свет на
рисунке не отображена). Схема Б соответствует схеме маяка, реализованного на
основе мультивибратора, включающегося в темноте при повышении сопротивления
фоторезистора.
Рис. 14.15. Примеры применения фоторезисторов: А — схема
управления включением света, Б — схема маяка.
.
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
