Фоторезистором називають напівпровідниковий фотоелектричний прилад з внутрішнім фотоефектом, в якому використовується явище фотопровідності, тобто зміна електричної провідності напівпровідника під дією оптичного випромінювання. Вперше явище фотопровідності було виявлено у селену У. Смітом в 1873 році.
Фоторезистори застосовуються в тих електронних пристроях, де визначальними факторами є їх висока чутливість, великі значення фотоструму, велика робоча площа фотоприймача, а інерційність несуттєва.
Фоторезистор включають в ланцюг джерела ЕРС будь-якої полярності. Основним елементом фоторезистора є напівпровідникова пластина, опір якої при висвітленні змінюється. В якості напівпровідникового матеріалу для фоторезисторів зазвичай використовують сульфід кадмію, сірчистий талій, селенистий телур, сірчистий вісмут, селенід кадмію або сульфід цинку. На поверхню фоточувствительного шару наносять металеві електроди, іноді електроди наносять безпосередньо на діелектричну підкладку перед осадженням напівпровідникового шару.
Поверхня напівпровідникового фоточутливого шару, розташованого між електродами, називають робочою площадкою. При відсутності освітленості робочого майданчика фоторезистор має максимальний опір, зване темновим, яке становить 10 4 ... 10 7 Ом. По ланцюгу протікає малий темнової струм I т. обумовлений наявністю в неосвітленому полупроводнике деякої кількості вільних носіїв заряду. Фоторезистор має початкової провідністю s0. яку називають темнової
де q - заряд електрона; m - рухливість носіїв;
n0. p0 - концентрація рухливих носіїв заряду електронів і дірок в напівпровіднику в рівноважному стані.
Під дією світла в напівпровіднику генеруються надлишкові носії, концентрація рухливих носіїв заряду збільшується на величину Dn, Dp. Провідність напівпровідника змінюється на величину
звану фотопроводимостью. При зміні яскравості освітлення, змінюється фотопровідність напівпровідника. Концентрація нерівноважних носіїв, що визначають фотопровідність, залежить від параметрів напівпровідника (ширини забороненої зони, типу провідності, коефіцієнта заломлення і ін.) І механізму поглинання. Повна провідність напівпровідника дорівнює.
У беспримесном полупроводнике концентрації надлишкових носіїв рівні. а фотопровідність називається біполярної (власної). У домішкових напівпровідниках переважно зростає концентрація носіїв тільки одного знака - основних і в меншій мірі - неосновних, а їх фотопровідність називається примесной (уніполярної).
Зміна провідності напівпровідника при освітленні фоторезистора призводить до зростання струму в ланцюзі. Різниця струмів при наявності і відсутності освітлення називають світловим потоком або фотострумом.
8.6. характеристики фоторезистора
Вольт-амперна характеристика являє собою залежність струму через фоторезистор I від напруги U, прикладеної до його висновків, при незмінній величині світлового потоку (рис. 8.5). У робочому діапазоні напруг вольт-амперні характеристики фоторезисторів при різних значеннях світлового потоку практично лінійні (лінійні в межах допусти мій для них потужності розсіювання).
Енергетична (світлова або люкс-амперна) характеристика являє собою залежність фотоструму від падаючого світлового потоку при постійному доданому напрузі до фоторезистору. При малих світлових потоках вона лінійна, а з ростом світлового потоку зростання фотоструму сповільнюється за рахунок зростання рекомбінації носіїв через пастки і зменшення їх часу життя. Якщо замість світлового потоку береться освітленість Е в люксах, то енергетичну характеристику називають люкс-амперної.
Cпектральная характеристика фоторезистора є залежність фотоструму від довжини хвилі падаючого світлового потоку (рис. 8.6). для кожного фоторезистора
існує свій максимум спектральної характеристики, що пов'язано з різною шириною забороненої зони напівпровідникового матеріалу. При великих довжинах хвиль, тобто при малих енергіях квантів світла в порівнянні з шириною забороненої зони напівпровідника, енергія кванта виявляється недостатньою для перекидання електронів з валентної зони в зону провідності. У зв'язку з цим кожен напівпровідник і фоторезистор має найбільшу (порогову) довжину хвилі. Вона визначається за рівнем 0,5'Iмакс з боку великих довжин хвиль.
Через зростання показника заломлення при зменшенні довжини хвилі падаючого світла спектральна характеристика має спад при малих довжинах хвиль. У зв'язку з різною шириною забороненої зони напівпровідникових матеріалів, використовуваних для виготовлення фоторезисторів, максимум спектральної характеристики може перебувати в інфрачервоній, видимій або ультрафіолетової частинах спектра.