Фоторезистор

Министерство образования РФ

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра”КиПР”

РЕФЕРАТ

Фоторезисторы

Выполнил:

ст-т гр. Р50-4

А. Н. Сорокин

Проверил:

В. И. Томилин

Красноярск

2002 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.УСТРОЙСТВО, ХАРАКТЕРИСТИКИ, ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ФОТОРЕЗИСТОРОВ. . . . . . . .4

2.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОДЕТЕКТОР. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.ИЗГОТОВЛЕНИЕ ФОТОРЕЗИСТОРОВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17.

4.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФОТОРЕЗИСТОРОВ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

5.ЗАКЛЮЧЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

ЛИТЕРАТУРА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22

ВВЕДЕНИЕ

Фоторезисторы как элементы цепи преобразования информации применяются в различных системах, предназначенных для контроля и измерения геометрических размеров и скоростей движения объектов, температуры, управления различными механизмами, для определения качественного состава твердых, жидких и газообразных сред, включения и выключения различных устройств и т. д. При этом во многих случаях фоторезисторный способ получения и обработки информации дает явное преимущество по сравнению с другими способами. Эксплуатация фоторезисторных устройств показывает их высокую надежность и широкие возможности.

Успехи в развитии фоторезисторной автоматики стали возможными благодаря значительному усовершенствованию конструкции и расширению номенклатуры серийно выпускаемых фоторезисторов. Они обладают высокой чувствительностью, достаточно малой инерционностью, имеют незначительные габариты, долговечны в работе, обеспечивают бесконтактные измерения и контроль. При их применении достигается односторонность связи между источником сигнала информации – излучателем и потребителем – фоторезистором.

В последние годы фоторезисторы широко применяются во многих отраслях науки и техники. Это объясняется их высокой чувствительностью, простотой конструкции, малыми габаритами и значительной допустимой мощностью рассеяния. Значительный интерес представляет использование фоторезисторов в оптоэлектронике. В современной электронной технике широко используются полупроводниковые приборы, основанные на принципах фотоэлектрического и электрооптического преобразования сигналов. Первый из этих принципов обусловлен изменением электрофизических свойств вещества в результате поглощения в нем световой энергии (квантов света). Второй принцип связан с генерацией излучения в веществе, обусловленной приложенным к нему напряжением и протекающим через светоизлучающий элемент током. Указанные принципы составляют научную основу оптоэлектроники – нового научно-технического направления, в котором для передачи, обработки и хранения информации используются как электрические, так и оптические средства и методы.[1]

1.УСТРОЙСТВО, ХАРАКТЕРИСТИКИ,

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ФОТОРЕЗИСТОРОВ.

Все многообразие оптических и фотоэлектрических явлений в полупроводниках можно свести к следующим основным:

– поглощение света и фотопроводимость;

– фотоэффект в p-n переходе;

– электролюминесценция;

– стимулированное когерентное излучение.

Явлением фотопроводимости называется увеличение электропроводности полупроводника под воздействием электромагнитного излучения. Причина фотопроводимости — увеличение концентрации носителей заряда — электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Вследствие этого проводимость полупроводника возрастает на величину

 = e (n ni + p pi), (1)

где e – заряд электрона;

n – подвижность электронов;

p – подвижность дырок;

ni – концентрация генерируемых электронов;

pi – концентрация генерируемых дырок.

Поскольку основным следствием поглощения энергии света в полупроводнике является перевод электронов из валентной зоны в зону проводимости, то энергия кванта света фотона должна удовлетворять условию

hкр  W, (2)

где h – постоянная Планка;

W – ширина запрещенной зоны полупроводника;

кр – критическая частота электромагнитного излучения (красная граница фотопроводимости).

Излучение с частотой  < кр не может вызвать фотопроводимость, так как энергия кванта такого излучения h < W недостаточна для перевода электрона из валентной зоны в зону проводимости. Если же h > W, то избыточная относительно ширины запрещенной зоны часть энергии квантов передается электронам в виде кинетической энергии.

Критической частоте кр соответствует граничная длина волны:

гр=с / кр, (3)

где с - скорость света (3•108 м/с).

При длинах волн, больших граничной, фотопроводимость резко падает. Так, для германия граничная длина волны составляет примерно 1.8 мкм. Однако спад фотопроводимости наблюдается и в области малых длин волн. Это объясняется быстрым увеличением поглощения энергии с частотой и уменьшением глубины проникновения падающей на полупроводник электромагнитной энергии. Поглощение происходит в тонком поверхностном слое, где и образуется основное количество носителей заряда. Появление большого количества избыточных носителей только у поверхности слабо отражается на проводимости всего объема полупроводника, так как скорость поверхностной рекомбинации больше объемной и проникающие вглубь не основные носители заряда увеличивают скорость рекомбинации в объеме полупроводника.

Фотопроводимость полупроводников может обнаруживаться в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра в зависимости от ширины запрещенной зоны, которая, в свою очередь, зависит от типа полупроводника, температуры, концентрации примесей и напряженности электрического поля.

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, пос¬ледующей буквы, указывающей на материал фоточувстви¬тельного элемента (K-CdS, Д-CdSe, A-PbS); цифры — указа¬ние на