Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...
Топ:
Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров...
Выпускная квалификационная работа: Основная часть ВКР, как правило, состоит из двух-трех глав, каждая из которых, в свою очередь...
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Интересное:
Что нужно делать при лейкемии: Прежде всего, необходимо выяснить, не страдаете ли вы каким-либо душевным недугом...
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Дисциплины:
2017-12-20 | 311 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Фотоприемники предназначены для преобразования энергии светового излучения в электрическую. В качестве фотоприемников используются фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры и т. д. [1].
Фотоэлектрические явления, лежащие в основе работы фотоприемников, можно разделить на три основных вида:
1) внутренний фотоэффект (фоторезистивный эффект) – изменение электропроводимости полупроводника при его освещении;
2) фотоэффект в запирающем слое p-n-перехода – возникновение ЭДС под действием света на границе раздела двух полупроводников p - и n -типа;
3) внешний фотоэффект – испускание веществом электронов под действием света (в вакуумных и газонаполненных фотоэлементах).
Фоторезисторы
В затемненном полупроводнике имеется незначительное количество равновесных свободных (подвижных) носителей заряда (электронов и дырок). Равновесные носители заряда создаются за счет теплового поля; концентрация равновесных носителей (как основных, так и неосновных) возрастает с ростом температуры (см. тему 2).
При этом считается, что за счет равновесных носителей полупроводник обладает начальной проводимостью gт, которая носит название темновой:
gт = e (n 0m n + p 0m p), Ом–1м–1, (3.15)
где e – заряд электрона; n 0, p 0 - концентрация (м–3) равновесных носителей заряда в полупроводнике в неосвещенном состоянии.
При облучении светом в фоторезисторах реализуется внутренний фотоэффект - явление изменения проводимости материала под действием инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения.
Рассмотрим механизм возникновения фотопроводимости в материале при облучении (рис. 3.15, а) фоторезистора импульсным светом со временем импульса t и (рис. 3.15, в).
|
Рис. 3.15. Фоторезистор (а), его УГО (б), осциллограммы параметров (в - е)
Под действием света появляются дополнительные свободные носители заряда, которые, в отличие от равновесных, называются неравновесными. При выключении света неравновесные носители постепенно исчезают (см. ниже), так что в темноте проводимость вновь определяется равновесными носителями.
Таким образом, при облучении в объеме материала увеличивается концентрация свободных носителей за счет дополнительной генерации неравновесных носителей заряда. Возможны различные механизмы генерации неравновесных носителей [4]: собственная (биполярная) и примесная фотогенерация. При собственной (биполярной) генерации в объеме материала образуются дополнительные электронно-дырочные пары, при примесной – только электроны или дырки.
При фоторезистивном эффекте по мере облучения светом в результате фотогенерации в полупроводнике увеличивается концентрация носителей заряда на величину концентрации неравновесных электронов D n и (или) дырок D p, так что его полная проводимость gобщ резко возрастает:
gобщ = e [(n 0 + D n)m n + (p 0 + D p)m p)]. (3.16)
Изменение электропроводимости полупроводника под действием света характеризует величину его фотопроводимости gф:
gф = Dg = (gобщ - gт) = е (m n D n + m p Dp), (3.17)
которая изменяется в зависимости от яркости, длины волны и т. п.
Темновым значением gт проводимости можно пренебречь, потому что оно крайне мало по сравнению со значением фотопроводимости.
При включении потока (рис. 3.15, в) облучающего света Ф (лм) в момент времени t 1 скорость процесса генерации неравновесных носителей заряда не сразу достигает стационарного значения, соответствующего интенсивности падающего излучения, а нарастает со временем до момента t 2 по экспоненциальному закону (рис. 3.15, д). Концентрация неравновесных носителей D n (t) изменяются по соотношению [4]:
D n (t) = t С (1 - e- t /t), (3.18)
где t - время жизни неравновесных носителей заряда, c; C - скорость рекомбинации неравновесных носителей, определяемая следующим образом:
|
C = b N Ψ, 1/м3с, (3.19)
где N - концентрация фотонов, падающих на единицу площади за 1 секунду, 1/м3с; b – коэффициент поглощения, характеризующий энергию, поглощенную полупроводником; Ψ - квантовый выход, определяющий число носителей заряда, образующихся при поглощении одного фотона, Ψ≥ 1.
Соответственно изменяется и проводимость материала (рис. 3.15, г). Если время облучения (время светового импульса t и) достаточно велико: t и ³ (3 – 5) t, то концентрация неравновесных носителей заряда достигает своего стационарного значения в момент времени t 3.
Например, при биполярной генерации концентрации появляющихся неравновесных дырок и электронов одинаковы:
D n ст(t 2) = D p ст(t 2) = t С = bt NY. (3.20)
При примесной фотопроводимости происходит генерация носителей одного знака, причем их концентрация в переходных режимах также изменяется по аналогичному (3.18) экспоненциальному закону.
При выключении облучающего потока света в момент времени t 3 изменение концентрации неравновесных носителей заряда и проводимости материала не может произойти мгновенно, так как для рекомбинации электронов с дырками (рис. 2.6, а, переход II) требуется определенное время – время жизни t неравновесных носителей заряда. Именно поэтому после выключения света фотопроводимость не исчезает ″мгновенно″.
Явление постепенного изменения gф(t) при включении и выключении облучающего потока называют релаксацией фотопроводимости.
Начиная с момента выключения (рис. 3.15. г, д, е), параметры фоторезистора описываются выражениями
D n (t) = D n стe- t /t, (3.21)
gф(t) = goбщe- t /t , (3.22)
где D n ст, goбщ - параметры материала в момент выключения света.
Например, в момент выключения t 0 (рис. 3.15, е) значение концентрации неравновесных носителей равно D n ст. C учетом соотношения (3.21) и (3.22) время жизни t экспериментально может быть определено как время, в течение которого концентрация носителей (или проводимость) уменьшается на 63 % (в e ≈ 2,71) раз по сравнению тем исходным значением, которое было в момент выключения:
D n (t) = D n стe-t/t = D n ст/e. (3.23)
Значение t может быть рассчитано по экспериментальным данным (рис. 3.15, е).
|
|
Типы оградительных сооружений в морском порту: По расположению оградительных сооружений в плане различают волноломы, обе оконечности...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни...
Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!