 | Фоторезистивный эффект |  |
Изменение электропроводности материала под действием электромагнитного излучения
Анимация Описание Фоторезистивный эффект (фотопроводимость) состоит в изменении электропроводности среды (ярко выражена в полупроводниках и диэлектриках) под действием электромагнитного излучения. Впервые наблюдалась У. Смитом (W. Smith), 1873 в аморфном кремнии. Обычно фотопроводимость обусловлена увеличением концентрации подвижных носителей заряда под действием света. Она возникает в результате нескольких процессов: - переход электрона из валентной зоны в зону проводимости, что приводит к возрастанию концентрации электронов проводимости и дырок (концентрационная фотопроводимость); - электроны из валентной зоны переходят на свободные примесные уровни, что приводит к возрастанию числа дырок (дырочная примесная фотопроводимость); - электроны переходят с примесных уровней в зону проводимости (электронная примесная фотопроводимость). В зависимости от механизма поглощения излучения различают фотопроводимость собственную (см. ФЭ 404010), примесную (см. ФЭ 404011) и внутризонную. Темп оптической генерации связан с коэффициентом поглощения света. Пусть I(x) монохроматический световой поток, проникающий на глубину x полупроводника, рассчитанный на единицу его поверхности. Тогда число фотонов частоты w, поглощаемых в единицу времени в единице объема, равно I(x)g, где g - коэффициент поглощения света. Тогда темп оптической генерации носителя зарядов представляется в виде: g = n(w)g(w)I(x), где n(w) - квантовый выход внутреннего фотоэффекта, равный числу носителей, рождаемых в среднем одним поглощенным фотоном. Изменение проводимости полупроводника обусловлено тем, что при освещении изменяются как концентрация электронов и дырок, так и их подвижности, но относительное влияние этих причин в целом может быть различным. Влияние изменения подвижности проявляется лишь при низких температурах (как правило, при температурах жидких водорода и гелия). В случае, когда подвижность не меняется, фотопроводимость вычисляется по формуле: ds = e(mpdp+mndn), где e - заряд электрона; mn и mp - подвижности электронов и дырок; dn и dp - изменение концентрации электронов и дырок соответственно. В стационарном состоянии, т. е. когда dn и dp неизменны, фотопроводимость вычисляется по формуле: (ds)s = e(mpdp+mndn)tфn , где tфn - время релаксации фотопроводимости, которое определяет темп установления и затухания (ds)s. Из этой формулы следует, что чем больше время релаксации, тем больше проводимость, т. е. тем выше чувствительность фотопроводника. Однако при этом будет больше и время установления или затухания фотопроводимости, т. е. будет больше инерционность проводника. С этим противоречием между чувствительностью и быстродействием приходится считаться при разработке фотосопротивлений для технических применений. Временные характеристики Время инициации (log to от -8 до -3); Время существования (log tc от 13 до 15); Время деградации (log td от -8 до -2); Время оптимального проявления (log tk от -5 до -3). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Фоторезисторы На использовании явления фотопроводимости основана работа фоторезисторов полупроводниковых резисторов, изменяющих свое электрическое сопротивление под действием внешнего электромагнитного излучения. Наиболее изучена и широко применяется фотопроводимость на следующих полупроводниках: Ge; Se; CdS; CdSe; InSb; GaAs; PbS. Применение эффекта Фоторезисторы применяются в системах контроля и измерения геометрических размеров, скоростей движения объектов, управления различными механизмами, в тепловизорах, радиометрах, теплопеленгаторах, в приборах спектрального анализа, в системах световой сигнализации и защиты. Фоторезистор сегодня один из самых распространенных фотоприемников. Литература  1. Электроника. Энциклопедический словарь.- М.: Советская энциклопедия, 1991.- С.110, 592.
2. Бонч-Бруевич В.Л., Калашников С.Г. Физика полупроводников.- М.: Наука, 1990.- С.355. 3. Жеребцов И.П. Основы электроники.- Л.: Энергоатомиздат, 1990.- С.187 |