Содержание

| |Введение |2 |
|1. |Литературный обзор |2 |
|1.1. |Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках |2 |
|1.2. |Фотопроводимость. Фоторезистивный эффект |2 |
| | | |
|2. |Основная часть |4 |
|2.1. |Фоторезисторы |4 |
|2.1.1.|Конструкция и схема включения фоторезистора. Темновой и |4 |
| |световой ток | |
| |Характеристики фоторезисторов |5 |
|2.1.2.|Параметры фоторезисторов |5 |
| |Изготовление фоторезисторов |7 |
|2.1.3.|Применение фоторезисторов |7 |
| |Регистрация оптического излучения |7 |
|2.2. |Полупроводниковый фотодетектор |7 |
|2.3. | | |
|2.3.1.|Заключение |8 |
| |Литература |9 |
|2.3.2.|Приложения |10 |
| | | |
| | | |

Введение

Оптические и фотоэлектрические явления в полупроводниках

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). При этом изменяется проводимость вещества или возникает э. д. с., что приводит к изменениям тока в цепи, в которую включен фоточувствительный элемент. 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.

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.

Фотопроводимость. Фоторезистивный эффект

Явлением фотопроводимости называется увеличение электропроводности полупроводника под воздействием электромагнитного излучения.

При освещении полупроводника в нем происходит генерация электронно- дырочных пар за счет переброса электронов из валентной зоны в зону проводимости. 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, т.е. междузонный переход, 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 падющей 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 неосновные 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 фотоактивным.
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.

Фоторезисторы