Реферат скачан с сайта allreferat wow ua




Скачать 100.3 Kb.
НазваниеРеферат скачан с сайта allreferat wow ua
Дата публикации12.02.2014
Размер100.3 Kb.
ТипРеферат
uchebilka.ru > Физика > Реферат
Реферат скачан с сайта allreferat.wow.ua


Фоторезисторы

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 полупроводниковыеприборы, основанные на принципах фотоэлектрического и электрооптическогопреобразования сигналов. Первый из этих принципов обусловлен изменениемэлектрофизических свойств вещества в результате поглощения в нем световойэнергии (квантов света). При этом изменяется проводимость вещества иливозникает э. д. с., что приводит к изменениям тока в цепи, в которуювключен фоточувствительный элемент. Второй принцип связан с генерациейизлучения в веществе, обусловленной приложенным к нему напряжением ипротекающим через светоизлучающий элемент током. Указанные принципысоставляют научную основу оптоэлектроники – нового научно-техническогонаправления, в котором для передачи, обработки и хранения информациииспользуются как электрические, так и оптические средства и методы. Все многообразие оптических и фотоэлектрических явлений вполупроводниках 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 электропроводностиполупроводника под воздействием электромагнитного излучения. При освещении полупроводника в нем происходит генерация электронно-дырочных пар за счет переброса электронов из валентной зоны в зонупроводимости. Вследствие этого проводимость полупроводника возрастает навеличину (( = e ((n (ni + (p (pi), (1) где e – заряд электрона; (n – подвижность электронов; (p – подвижностьдырок; (ni – концентрация генерируемых электронов; (pi – концентрациягенерируемых дырок. Поскольку основным следствием поглощения энергии света в полупроводникеявляется перевод электронов из валентной зоны в зону проводимости, т.е.междузонный переход, то энергия кванта света фотона должна удовлетворятьусловию h(кр ( (W, (2) где h – постоянная Планка; (W – ширина запрещенной зоны полупроводника;(кр – критическая частота электромагнитного излучения (красная границафотопроводимости). Излучение с частотой ( < (кр не может вызвать фотопроводимость, так какэнергия кванта такого излучения h( < (W недостаточна для перевода электронаиз валентной зоны в зону проводимости. Если же h( > (W, то избыточнаяотносительно ширины запрещенной зоны часть энергии квантов передаетсяэлектронам 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 волнысоставляет примерно 1.8 мкм. Однако спад фотопроводимости наблюдается и вобласти малых длин волн. Это объясняется быстрым увеличением поглощенияэнергии с частотой и уменьшением глубины проникновения падющей наполупроводник электромагнитной энергии. Поглощение происходит в тонкомповерхностном слое, где и образуется основное количество носителей заряда.Появление большого количества избыточных носителей только у поверхностислабо отражается на проводимости всего объема полупроводника, так какскорость поверхностной рекомбинации больше объемной и проникающие вглубьнеосновные носители заряда увеличивают скорость рекомбинации в объемеполупроводника. Фотопроводимость полупроводников может обнаруживаться в инфракрасной,видимой или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра в зависимостиот ширины запрещенной зоны, которая, в свою очередь, зависит от типаполупроводника, температуры, концентрации примесей и напряженностиэлектрического поля. Рассмотренный механизм поглощения света, приводящий к появлениюсвободных носителей заряда в полупроводнике, называют фотоактивным.Поскольку при этом изменяется проводимость, а следовательно, внутреннеесопротивление полупроводника, указанное явление было названофоторезистивным эффектом. Основное применение фоторезистивный эффектнаходит в светочувствительных полупроводниковых приборах – фоторезисторах,которые широко используются в современной оптоэлектронике и фотоэлектроннойавтоматике. Фоторезисторы Конструкция и схема включения фоторезистора. Темновой и световой ток Фоторезисторами называют полупроводниковые приборы, проводимостькоторых меняется под действием света. Конструкция монокристаллического и пленочного фоторезисторов показанана рис. 1, 2 приложения. Основным элементом фоторезистора является в первомслучае монокристалл, а во втором – тонкая пленка полупроводниковогоматериала. Если фоторезистор включен последовательно с источником напряжения (рис.3 приложения) и не освещен, то в его цепи будет протекать темновой ток Iт = E / (Rт + Rн), (4) где Е – э. д. с. источника питания; Rт – величина электрическогосопротивления фоторезистора в темноте, называемая темновым сопротивлением;Rн – сопротивление нагрузки. При освещении фоторезистора энергия фотонов расходуется на переводэлектронов в зону проводимости. Количество свободных электронно-дырочныхпар возрастает, сопротивление фоторезистора падает и через него течетсветовой ток Iс = E / (Rс + Rн). (5) Разность между световым и темновым током дает значение тока Iф,получившего название первичного фототока проводимости Iф = Iс – Iт. (6) Когда лучистый поток мал, первичный фототок проводимости практическибезынерционен и изменяется прямо пропорционально величине лучистого потока,падающего на фоторезистор. По мере возрастания величины лучистого потокаувеличивается число электронов проводимости. Двигаясь внутри вещества,электроны сталкиваются с атомами, ионизируют их и создают дополнительныйпоток электрических зарядов, получивший название вторичного фототокапроводимости. Увеличение числа ионизированных атомов тормозит движениеэлектронов проводимости. В результате этого изменения фототока запаздываютво времени относительно изменений светового потока, что определяетнекоторую инерционность фоторезистора. Характеристики фоторезисторов Основными характеристиками фоторезисторов являются: Вольтамперная, характеризующая зависимость фототока (при постоянномсветовом потоке Ф) или темнового тока от приложенного напряжения. Дляфоторезисторов эта зависимость практически линейна (рис. 4 приложения).Закон Ома нарушается в большинстве случаев только при высоких напряженияхна фоторезисторе. Световая (люксамперная), характеризующая зависимость фототока отпадающего светового потока постоянного спектрального состава.Полупроводниковые фотрезисторы имеют нелинейную люксамперную характеристику(рис. 5 приложения). Наибольшая чувствительность получается при малыхосвещенностях. Это позволяет использовать фоторезисторы для измерения оченьмалых интенсивностей излучения. При увеличении освещенности световой токрастет примерно пропорционально корню квадратному из освещенности. Наклонлюксамперной характеристики зависит от приложенного к фоторезисторунапряжения. Спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора придействии на него потока излучения постоянной мощности определенной длиныволны. Спектральная характеристика определяется материалом, используемымдля изготовления светочувствительного элемента. Сернисто-кадмиевыефоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра,селенисто-кадмиевые – в красной, а сернисто-свинцовые – в инфракрасной(рис. 6 приложения). Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действиина него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличиеинерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототоказависит от частоты модуляции падающего на них светового потока – сувеличением частоты светового потока фототок уменьшается (рис. 7приложения). Инерционность оганичивает возможности примененияфоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты. Параметры фоторезисторов Основные параметры фоторезисторов: Рабочее напряжение Uр – постоянное напряжение, приложенное кфоторезистору, при котором обеспечиваются номинальные параметры придлительной его работе в заданных эксплуатационных условиях (как правило, от1 до 1000 в). Максимально допустимое напряжение фоторезистора Umax – максимальноезначение постоянного напряжения, приложенного к фоторезистору, при которомотклонение его параметров от номинальных значений не превышает указанныхпределов при длительной работе в заданных эксплуатационных условиях. Темновое сопротивление Rт – сопротивление фоторезистора в отсутствиепадающего на него излучения в диапазоне его спектральной чувствительности(варьирует в обычных приборах от 1000 до 100000000 ом). Световое сопротивление Rс – сопротивление фоторезистора, измеренноечерез определенный интервал времени после начала воздействия излучения,создающего на нем освещенность заданного значения. Кратность изменения сопротивления KR – отношение темновогосопротивления фоторезистора к сопротивлению при определенном уровнеосвещенности (световому сопротивлению). Допустимая мощность рассеяния – мощность, при которой не наступаетнеобратимых изменений параметров фоторезистора в процессе его эксплуатации. Общий ток фоторезистора – ток, состоящий из темнового тока и фототока. Фототок – ток, протекающий через фоторезистор при указанном напряжениина нем, обусловленный только воздействием потока излучения с заданнымспектральным распределением. Удельная чувствительность – отношение фототока к произведению величиныпадающего на фоторезистор светового потока на приложенное к немунапряжение, мкА / (лм ( В) К0 = Iф / (ФU), (7) где Iф – фототок, равный разности токов, протекающих по фоторезистору втемноте и при определенной (200 лк) освещенности, мкА; Ф – падающийсветовой поток, лм; U – напряжение, приложенное к фоторезистору, В. Интегральная чувствительность – произведение удельной чувствительностина предельное рабочее напряжение Sинт = К0Umax. Постоянная времени (ф – время, в течение которого фототок изменяется на63%, т. е. в e раз. Постоянная времени характеризует инерционностьприбора и влияет на вид его частотной характеристики. При включении и выключении света фототок возрастает до максимума (рис.8 приложения) и спадает до минимума не мгновенно. Характер и длительностькривых нарастания и спада фототока во времени существенно зависят отмеханизма рекомбинации неравновесных носителей в данном материале, а такжеот величины интенсивности света. При малом уровне инжекции нарастание испад фототока во времени можно представить экспонентами с постояннойвремени (, равной времени жизни носителей в полупроводнике. В этом случаепри включении света фототок iф будет нарастать и спадать во времени позакону iф = Iф (1 – e – t / (); iф = Iф e – t / (, (8) где Iф – стационарное значение фототока при освещении. По кривым спада фототока во времени можно определить время жизни (неравновесных носителей. Изготовление фоторезисторов В качестве материалов для фоторезисторов широко используются сульфиды,селениды и теллуриды различных элементов, а также соединения типа AIIIBV. Винфракрасной области могут быть использованы фоторезисторы на основе PbS,PbSe, PbTe, InSb, в области видимого света и ближнего ультрафиолета – CdS. Применение фоторезисторов В последние годы фоторезисторы широко применяются во многих отрасляхнауки и техники. Это объясняется их высокой чувствительностью, простотойконструкции, малыми габаритами и значительной допустимой мощностьюрассеяния. Значительный интерес представляет использование фоторезисторов воптоэлектронике. Регистрация оптического излучения Для регистрации оптического излучения его световую энергию обычнопреобразуют в электрический сигнал, который затем измеряют обычнымспособом. При этом преобразовании обычно используют следующие физическиеявления: – генерацию подвижных носителей в твердотельных фотопроводящихдетекторах; – изменение температуры термопар при поглощении излучения, приводящее кизменению термо-э. д. с.; – эмиссию свободных электронов в результате фотоэлектрического эффектас фоточувствительных пленок. Наиболее важными типами оптических детекторов являются следующиеустройства: – фотоумножитель; – полупроводниковый фоторезистор; – фотодиод; – лавинный фотодиод. Полупроводниковый фотодетектор Схема полупроводникового фотодетектора приведена на рис. 9 приложения.Полупроводниковый кристалл последовательно соединен с резистором R иисточником постоянного напряжения V. Оптическая волна, которую нужнозарегистрировать, падает на кристалл и поглощается им, возбуждая при этомэлектроны в зону проводимости (или в полупроводниках p-типа – дырки ввалентную зону). Такое возбуждение приводит к уменьшению сопротивления Rdполупроводникового кристалла и, следовательно, к увеличению падениянапряжения на сопротивлении R, которое при (Rd / Rd << 1 пропорциональноплотности падающего потока. В качестве примера рассмотрим энергетическиеуровни одного из наиболее распространенных полупроводников – германия,легированного атомами ртути. Атомы Hg в германии являются акцепторами сэнергией ионизации 0.09 эВ. Следовательно, для того, чтобы поднять электронс верхнего уровня валентной зоны и чтобы атом Hg (акцептор) сумел захватитьего, необходим фотон с энергией по крайней мере 0.09 эВ (т. е. фотон сдлиной волны короче 14 мкм). Обычно кристалл германия содержит небольшоеколичество ND донорных атомов, которым при низких температурахэнергетически выгодно отдавать свои валентные электроны большому количествуNаакцепторных атомов. При этом возникает равное количество положительноионизированных донорных и отрицательно ионизированных акцепторных атомов.Так как концентрация акцепторов Nа>> ND, большинство атомов-акцепторовостается незаряженным. Падающий фотон поглощается и переводит электрон из валентной зоны науровень атома-акцептора, как это показано на рис. 10 приложения (процессА). Возникающая при этом дырка движется под действием электрического поля,что приводит к появлению электрического тока. Как только электрон сакцепторного уровня возвращается обратно в валентную зону, уничтожая темсамым дырку (процесс B), ток исчезает. Этот процесс называется электронно-дырочной рекомбинацией или захватом дырки атомом акцептора. Выбирая примеси с меньшей энергией ионизации, можно обнаружить фотоны сболее низкой энергией. Существующие полупроводниковые фотодетекторы обычноработают на длинах волн вплоть до ( ( 32 мкм. Из сказанного следует, что главным преимуществом полупроводниковыхфотодетекторов по сравнению с фотоумножителями является их способностьрегистрировать длинноволновое излучение, поскольку создание подвижныхносителей в них не связано с преодолением значительного поверхностногопотенциального барьера. Недостатком же их является небольшое усиление потоку. Кроме того, для того чтобы фотовозбуждение носителей не маскировалосьтепловым возбуждением, полупроводниковые фотодетекторы приходитсяохлаждать. Заключение В этой курсовой работе мы рассмотрели устройство, принцип действия иосновные свойства полупроводниковых фоторезисторов, а также принципдействия построенных на их основе фотодетекторов. Список литературы 1( Гершунский Б. С. Основы электроники и микроэлектроники. – К.: Вищашкола. 1989. – 423 с. 2( Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам; под ред.К. В. Шалимовой. – М.: Высшая школа. 1968. – 464 с. 3( Федотов Я. А. Основы физики полупроводниковых приборов. – М.:Советское радио. 1970. – 591 с. 4( Yariv A. Introduction To Optical Electronics. – М.: Высшая школа.1983. – 400 с. 5( Kittel C. Introduction To Solid State Physics, 3d Ed. – New York:Wiley, 1967. – p. 38. 6( Kittel C. Elementary Solid State Physics. – New York – London:Wiley, 1962. Приложение [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic]

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua Политология. (реферат)

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Реферат скачан с сайта allreferat wow ua iconРеферат скачан с сайта allreferat wow ua

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<