ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ С ВНУТРЕННИМ ФОТОЭФФЕКТОМ
ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Рассмотрим характеристики только для фоторезистора, фотодиода и фототранзистора.
а) ВАХ для фотосопротивления.
Как видно из рис. 10, фототок у фотосопротивлений не имеет насыщения, благодаря чему у них чувствительность пропорциональна приложенному напряжению [4]. Вольт-амперная (ВАХ) характеристика показывает зависимость фототока (при постоянном световом потоке Ф) от приложенного напряжения. Для фоторезисторов эта зависимость практически линейна. Закон Ома нарушается только при высоких напряжениях, приложенных к фоторезистору.
Рисунок 10. – ВАХ фоторезистора
б) ВАХ фотодиода.
ВАХ фотодиода в прямом смещении ничем не отличается от ВАХ обычного диода. Но в обратном включении ВАХ уже отличается – она будет определяться от величины светового потока. Облучим кристалл слабым световым потоком, к спектру которого будет чувствителен фотодиод, отчего возникнет генерация электронов и дырок, и обратный ток станет больше (Ф1 > Ф0). Ток, протекающий через нагрузочный резистор, возрастёт. Если световой поток станет ещё значительнее, то соответственно возрастёт и обратный ток фотодиода (Ф2 > Ф1). Пропускаемый по нагрузочному резистору ток станет ещё существенней. Очевидно, что сила тока, протекающего по резистору, и падение постоянного напряжения на нём зависят от величины светового потока [7].
ВАХ фотодиода представлена на рисунке 11.
|
|
|
Рисунок 11. – ВАХ фотодиода.
в) ВАХ фототранзистора .
Вольт-амперные характеристики фототранзистора (Рис.12) напоминают выходные характеристики обычного транзистора в схеме ОЭ, но параметром здесь служит не ток IК, а световой поток Ф.
Рисунок 12 – ВАХ фототранзистора
СВЕТОВАЯ (ЛЮКС-АМПЕРНАЯ) ХАРАКТЕРИСТИКА
Световая характеристика будет одинакова для всех фотоэлементов с внутренним фотоэффектом, поэтому для простоты проанализируем люкс-амперную характеристику для фотосопротивления.
Зависимость фототока от интенсивности освещения у фотосопротивлений имеет нелинейный характер. Максимальная крутизна, а следовательно, и чувствительность лежит в области малой освещенности, по мере же увеличения интенсивности освещения чувствительность падает [4].
Люкс-амперная характеристика фоторезистора представлена на рис.13.
Рисунок 13. – Люкс-амперная характеристика фоторезистора
Анализируя люкс-амперную характеристику фоторезистора, можно отметить, что при больших освещенностях линейность характеристика нарушается из-за большей концентрации неравновесных носителей и большей вероятности их рекомбинации на дефектах решетки [3]. Начальная линейность характеристики говорит о том, что практически все фотоносители принимают участие в образовании фототока.
|
|
|
СПЕКТРАЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Вид кривой спектральной характеристики, т.е. зависимости фототока от длины волны при постоянной энергии падающего излучения, будет также одинакова для всех преобразователей с внутренним фотоэффектом. Поэтому также как и для световой характеристики, вид спектральной характеристики объясним на примере фоторезистора. Объяснение вида данной зависимости будет такое же и для фотодиода, и для фототранзистора.
Спектральная характеристика имеет следующее математическое описание: 
Как уже отмечалось ранее, фототок в собственном полупроводнике появляется, начиная с длины волны 
, которая определяется из выражения:
,где 
запрещенной зоны, 
, 
Казалось бы, что спектральная характеристика должна иметь вид ступени (рис.14. а), но такой вид она могла бы иметь лишь при абсолютном нуле. При повышении температуры тепловое движение «размывает» край собственного поглощения (рис.14. б).
Рисунок. 14. - а) - идеальная и б) - реальная спектральная характеристика фоторезистора.
С увеличением энергии фотона в реальной спектральной характеристике фототок быстро достигает максимума, а затем начинает уменьшаться, хотя энергии фотона более чем достаточно для возникновения фотопроводимости. Это объясняется тем, что с уменьшением 
растет коэффициент оптического поглощения, а это приводит к поглощению света в тонком приповерхностном слое вещества, к повышению концентрации неравновесных носителей и соответственно повышенной скорости рекомбинации в этом слое. Другими словами, носители заряда активно рекомбинируют на поверхности, не успевая диффундировать в объеме полупроводника, что приводит к уменьшению фотопроводимости.
|
|
|
Для сернисто-свинцовых фоторезисторов 
У кремниевых фотодиодов 
у германиевых - 
.
У фототранзистора лежит примерно в тех же приделах, что и у кремниевого фотодиода.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1704; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!