Фоторезисторлар, фотодиодтар сипаттамалары

Жарықтың әсерінен өткізгіштегі өзгеріп отыратын жартылай өткізгіш құралдарын фоторезисторлар деп аталады.

Изоляцияланған төсенішке орналастырылған жартылай өткізгіш материялдық жұқа қабаты 2, яғни 3,25, 3,26-суретте фоторезистордың негізгі элементі болып табылады. Жартылай өткізгіш қабаттың жиектегі обылыстарына металл түйіспелер бекітіледі.

Сурет 3,25. Фоторезистордың құрылымы

Сурет 3,26. Фоторезистер сипаттамаларының параметрін өлшеу үшін қосу сұлбасы

Егер фоторезистор кернеу көзімен тізбекті жалғанған және жарық-талмаған болса,онда тізбектен қараңғылық тоғы ағады:

(3,46)

мұндағы в – фотосезгіштік-қабаттың геометриялық өлшемдермен анықталатын тұрақты коэффициент.

– жартылай өткізгіштің қараңғылық электр өткізгіштігі.

, – электрондармен кемтіктердің қозғалғыштығы. Фоторезистор жарық әсер еткен кезде жарық сезгіш қабатының өткішгіштігі артады және құрал арқылы жарық тоғы жүреді І_с= βσU.

Мұндағы: (е n+е ) – материалдың жарық әсер еткен кездегі электр өткізгіштігі. және – электрон мен кемтіктердің концентрациясы.

(3,46) теңдеуден анықталатын фоторезистордың сызықтық сипаттама-сына ие болды.

(3,27.а, б-сурет) көптеген жағдайларда фоторезисторларға үлкен кернеу берген кезде Ом заңы орындалады.

а) б)

Сурет 3,27 Фоторезистордың жарықтық сипаттамасы

Фоторезистерлардың жарықтың сипаттамасын маны жарық тогын шамасының І_С құралға түсетін жарық ағынына байланысын қарастырайық.

Жарық тоғынғың шамасы екі құрамадан тұрады: қараңғылық тоғы Іт мен жарықтандырылған кезде өткізгіштегі өзгеретін жартылай өткізгіштің фототогынан Іф пайда болады.

. (3,47)

Жарық ағының өте кіші мәндерінде І_Ф фототоқ оған сызықты түрде байланысты:

. (3,48)

Жарық ағынының үлкен мәндерінде фототоқ І~ф Жалпы жағдайда фототоқтың J жарық интенсивтілігіне байланысын мынадай түрде көрсетуге балады:

, (3,49)

мұндағы А және а-берілген тұрақты шамалар. а-тұрақтысы 0<а >1 аралығанда өзгереді. Фоторезистордың жарықтың сипаттамасы 3,28-суаетте көрсетілген.

Интегралдық сезгіштік фоторезисторлардың маңызды сипаттамасы болып табылады.

Фоторезиторлардың сезгіштігі деп бірлік жарық ағынына келетін фототоктың шамасын атайды:

. (3,50)

(3,50) теңдеуді қолдана отырып сезгіштіктің теңдеуінің мынадай түрде жазуға болады.

. (3,51)

Сурет 3,28. Фоторезистордың жарықтың сипаттамасы.

(3,45) теңдеуден көрініп тұрғандай фоторезисторлардың сезгіштігі, Ф-жарық ағымына да фоторезисторларға түсірілген кернеудің шамасына да тәуелді. Сондықтан фото резисторлардың қасиеттерін салыстырғанда жарық ағымының Ф-шамасы мен сезгіштігі өлшенетін U-кернеудің мәні де көрсетілуі керек. Көрінетін спектр бөлігінде сезгіштікті микроампердің люменге қатынасымен өлшенеді.

Фоторезисторлар сезгіштігінің толқын ұзындығына тәуелділігіне фоторезисторлардың спектрлік сипаттамасы деп атайды.

Фотодиодтар

Электрондық кемтіктік өту шекаралығында жарықтан пайда болған тең емес заряд тасымалдаушылардың бөліну құбылысы пайдаланатын жартылай өткізгішті құралды фотодиод деп атаймыз.

Сурет 3,29.а. Фотодиод схемасы

Фотодиод схемалық түрде 3,29.а-суретте көрсетілген. Фотодиод германии немесе кремнийдің монокристалында орындалады. Әдетте жарықталған аудан әлсіздендірілген, ұзақ жүру уақыты τ_р осыған байланысты үлкен диффузиялық ұзындыққа ие болады.

Аудандағы кемтіктердің диффузиялық толқындарынан көп жіңішке болса, онда бұл тасымалдағыштардың үлкен бөлігі рекомбинацияланып үлгермейді және р-n облысының шекарасына дейін жетеді.

Жарықтандыру болмаған кезде жылу тасымалдағыштардың жылу ағынының n-облысынан р-облысына және кері бағытта ауысуының тепе-теңдік күй» болады. n-облысына жарық әсер еткен кезде онда электрондар мен кемтіктер пайда болады. n-облысындағы электрондар концентрациясын өзгеруін ескермеуге болады, себебі бұл өзгеру тепе-тең салмақ концентрациясымен салытырғанда өте үлкен емес және олардың болмашы мөлшері ғана отенциялдық тосқауылдан өтіп жартылай өткізгіштің р-облысына жете алады. Көмектердің концентрацсының артуы ауысыды. р-облысына бағытталған. Кемтік тоқтың пайда болуына әкеліп соғады. Жарықтандырудан пайда болған кемтік тоқтың шамасын J_f арқылы белгілейміз. J_f токтың болуы жылулық тепе-тендікді бұзады және жартылай өткізгіштің р-облысы n-облысына қарғанда оң зарядталуға әкеліп соғады. Осылайша пайда болған потенциялдар айырымы потенциялдық тосқауылды кемітеді, бұл р-n ауысада тура бағыттағы ығысуға сәйкес келеді. Бұл потенциялдар айырмасы қосымша тасымалдағыштардың диффузиялық тоғына J_f қарсы жұмыс істейтін кемтіктердің тура (оң) тогын шығарады.

Егер р-n ауысуындағы потенциял айырмын болса, онда индукциялық ток мынаған тең.

, (3,52)

мұндағы І_s, р-n ауысуындағы қанығы тоғы.

– температуралық потенциял.

Нәтижежсінде І_f тоғымен индукцияланған тасмалдағыштардың І тоғы арасында динамикалық тепе-тендік қалыптасады. I_f –I_s (e^φ|φ -1)=0.

Егер фотодиодтың ұштарына кернеу көзін қоссақ онда тізбекте шамасы анықталатын ток ағып өтеді (3,29.б-сурет):

. (3)

Теңдік фотодиодтың вольтамперлік сипаттамасының үйірін көрсетеді.

Кернеу көзі Е мен сыртқы кедергі R фотодиодпен тізбектей жалғансын. Ауысудағы ток бұл жағыдайда мынадай теңдікпен анықталады:

. (3,53)

Ауысудағы кернеудің шамасы U жарық ағыны Ф пен сыртқы кернеудін Е біріккен өзара әсерлесуінің нәтижесі болып табылады. Жүк кедергісі R арқылы өтетін токтын шамасы:

. (3,54)

Е-фотодиод тізбегіндегі қоректендіру көзінің кернеуі. Jв-ның теңдеуін сыртқы ығысудағы фотодиодтың теңдігіне қойып:

. (3,55)

Фотоиодтың екі жұмыс режимін ажырату: вентильдік және фотодиодтық.

Вентильдік режим фотодиод тізбегінде сыртқы кернеу көзінің болмауымен сипатталады. Бұл кезде сыртқы кедергі R-жалпы жағдайда сыртқы тізбекке қосылуы мүмкін. Фотодиодтың вентильдік жұмыс режимінің теңдеуі мынадай түрде жазылады:

. (3,56)

Құралдың фотодиодтық жұмыс режимі ауысуына кемі кернеудің болуымен сипатталады. Бұл жұмыс режимінде потенциялдық тосқауыл шамасы артады, сонымен қатар ауысудағы ток қосымша тасмалдағыштары ағынымен анықталады. Фотодиодтағы ток қанығу тоғы болып табылады. Біршама үлкен кері кернеулерді теңдіктен төмендегідей шығады:

. (3,57)

Ауысудағы кіші кернеулер кезіндегі теңдеудің қатарларға жіктелуінен аламыз:

. (3,58)

Спектралік және интегралдық сезгіштік фотодиодтың негізгі сипаттамасы болып табылады. Фотоктың жарық ғымына қатынасын фотодиодтық сезгіштігі деп аталады:

К = I· f / Ф. (3,59)

Фотодиодтың сезгіштігі тұрақты шама, жарық ағымының шамасы Ф пен диодқа берілген кернеудің шамасына байланысты емес.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: