Чувствительность фоторезистора

Граничной частотой фотоприемника frp называется частота синусоидально-модулированного потока излучения, при которой чувствительность фотоприемника падает до значения 0,707 (на —3 дБ) от чувствительности при немодулированном излучении. Граничная частота фоторезисторов не превышает нескольких килогерц. Выпускаемые отечественной промышленностью фоторезисторы имеют чувствительность 5 = 0,5 — 20 мСм/лм, рабочее напряжение — от нескольких десятков до нескольких сотен вольт. Таким образом, чувствительность фоторезисторов существенно превышает чувствительность вакуумных фотоэлементов. Чувствительность фоторезисторов сильно зависит от температуры окружающей среды, гораздо сильнее, чем у вакуумных фотоэлементов. Несмотря на указанные недостатки, фоторезисторы находят практическое применение, особенно в автоматике и вычислительной технике. Ниже будут рассмотрены полупроводниковые фотоэлектрические приборы, у которых рабочая среда, в отличие от фоторезистора, представляет собой неоднородную полупроводниковую структуру либо структуру полупроводник — металл.

— это интегральная чувствительность фотоприемника.

Важнейшим параметром фотоприемника является чувствительность. Этот параметр можно до определенной степени считать аналогичным коэффициенту усиления в приборах с электронной проводимостью. В общем случае чувствительность фотоприемника отражает изменение электрического состояния на выходе фотоприемника при подаче на его вход единичного оптического сигнала.

В зависимости от измеряемого электрического параметра на выходе фотоприемника различают токовую и вольтовую чувствительности фотоприемника. Если измеряемой величиной является фототок, то имеем токовую чувствительность (Si). Чувствительность фотоприемника, у которого измеряемой величиной является напряжение фотосигнала, называется вольтовой чувствительностью (Sv).

Вообще говоря, чувствительность фотоприемника не есть постоянная величина и зависит, в частности, от параметров излучения. Для учета этой зависимости вводят понятия статической и динамической дифференциальной чувствительности фотоприемника, при этом статическая чувствительность определяется отношением постоянных значений измеряемых величин. Выражение (5.34), например, позволяет определить значение соответствующей статической чувствительности. Дифференциальная чувствительность равна отношению малых приращений измеряемых величин: например, дифференциальная токовая чувствительность фотоприемника к освещенности

Чувствительность зависит от длины волны падающего излучения. Поэтому различают интегральную и монохроматическую чувствительности фотоприемника к немонохроматическому излучению заданного спектрального состава. Монохроматическая чувствительность — это чувствительность фотоприемника к монохроматическому излучению.

Чувствительность фотоприемника 405

лей оптопар преимущественно используется светодиод. Светодиоды по сравнению с лазерами могут быть изготовлены из различных полупроводниковых материалов, поэтому перекрывают большую часть рабочего диапазона длин волн. У них более высокий КПД преобразования электрической энергии в энергию излучения. Светодиоды работают с меньшими токами и напряжениями, более долговечны, технологичны и дешевы. Использование лазеров в оптопа-рах экономически оправдано только в быстродействующих системах с временем переключения менее Ю-9—I0~l° с. Спектр излучения светодиодов оптопар относительно узкий. Поэтому чувствительность фотоприемника должна быть максимальной только на рабочей длине волны свето-излучателя. Конкретный вид спектральной характеристики фотоприемника часто несуществен. Узкий спектр оптического сигнала облегчает спектральное согласование свето-излучателя, фотоприемника и оптической среды. Поэтому коэффициент спектрального согласования на рабочей длине волны получается не менее 0,9.

— это интегральная чувствительность фотоприемника.

Граничной частотой фотоприемника Утр называют частоту синусоидально-модулированного потока излучения, при которой чувствительность фотоприемника падает до значения 0,707 (на —ЗдБ) от чувствительности при немодулированном излучении. Граничная частота фоторезисторов не превышает нескольких килогерц. Отечественные фоторезисторы имеют чувствительность S = 0,5...2ОмСм/лм, рабочее напряжение — от нескольких десятков до нескольких сотен вольт. Таким образом, чувствительность фоторезисторов существенно превышает чувствительность вакуумных фотоэлементов. Чувствительность фоторезисторов в большей степени зависит от температуры окружающей среды, чем чувствительность вакуумных фотоэлементов. Несмотря на указанные недостатки, фоторезисторы находят практическое применение, особенно в автоматике и вычислительной технике. Далее будут рассмотрены полупроводниковые фотоэлектрические приборы, у которых рабочая среда в отличие от фоторезистора представляет собой неоднородную полупроводниковую структуру либо структуру полупроводник — металл.

новая проводимость при этом падают. Ситуация несколько улучшает ся при легировании небольшим количеством 02. На 7.4.16 показана спектральная чувствительность фотоприемника, составленного из слоя a-Si Ge : Н толщиной 1 мкм и слоя a-Si : Н с бором и кислородом, которые использовались соответственно в качестве СГЗ и С/73.

3. Спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора в процентах при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны К. Спектральная ха-

4. Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной-частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока /ф зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока: с увеличением частоты светового потока фототек уменьшается ( 8.7). Инерционность ограничивает возможность применения фоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты.

А'ФР— интегральная чувствительность фоторезистора Кп— дифференциальный

Как видно из световых характеристик (см. 4.1, в), чувствительность фоторезистора зависит от величины питающего напряжения.

Д/ф, равный 5,ДФх (здесь Sf — чувствительность фоторезистора по току; ДФх — приращение светового потока), или как эквивалентный генератор напряжения ( 15.14, б), развивающий независимо от нагрузки э. д. с. Деф = 5
Токовая чувствительность фоторезистора определяется квантовым выходом полупроводника, подвижностью носителей, временем их жизни, коэффициентами поглощения и отражения светового потока и, наконец, размерами и конструктивными параметрами ЧЭ фоторезистора. Различают чувствительные элементы с поперечной ( 7.23, а, б, в) и продольной ( 7.23, г) фотопроводимостью. В чувствительном элементе с поперечной проводимостью направления фототока и светового потока взаимно перпендикулярны, а в элементе с продольной проводимостью — параллельны. Рассмотрим чувствительный элемент с поперечной фотопроводимостью ( 7.23, а, б, б), к которому приложено напряжение U. Плотность фототока в элементе /ф = аф1///, где Стф — фотопроводимость; / — длина кристалла фоторезистора. Чувствительность по мощности излучения определяется соотношением Sip=bwa$UI l(Pt), где b, w — поперечные размеры фоторезистора ( 7.23, а). Для исключения влияния напряжения U на чувствительность вводят

Чувствительность фоторезистора прямо пропорциональна времени жизни носителей и коэффициенту усиления по току.

Спектральная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него потока излучения постоянной мощности определенной длины волны. Спектральная характеристика определяется материалом, используемым для изготовления светочувствительного элемента. Сернисто-кадмиевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-

Частотная, характеризующая чувствительность фоторезистора при действии на него светового потока, изменяющегося с определенной частотой. Наличие инерционности у фоторезисторов приводит к тому, что величина их фототока зависит от частоты модуляции падающего на них светового потока — с увеличением частоты светового потока фототек уменьшается ( 5.9, г). Инерционность ограничивает возможности применения фоторезисторов при работе с переменными световыми потоками высокой частоты.

характеризует чувствительность фоторезистора. Она прямо пропорциональна длине волны падающего света (вплоть до Ятах), приложенному напряжению V, времени жизни носителей т и их подвижности и и обратно пропорциональна квадрату длины чувствительного элемента фоторезистора.

Как и другие типы фотоприемников, фоторезисторы можно характеризовать их чувствительностью к облучению. Обычно в качестве параметра чувствительности используют чувствительность фоторезистора, характеризующую изменение проводимости, мСм/лм, под действием потока излучения