Файл: Прикладная электролюминесценция..pdf

собственная емкость, рабочее напряжение и пр. Как го­ ворилось в гл. 1, в фотопроводниках можно получить большие фототоки при малых входных световых пото­ ках. В этом случае один фотон может создать ток из 102— 105 электронов и фотопроводник становится подо­ бен фотоэлектронному умножителю. Здесь необходимо отметить, что увеличение фототока таким путем не дает­ ся даром и за него необходимо платить дважды: уве­ личением инерционности (гл. 1) и увеличением «темнового» тока фотопроводника. Последнее требует пояснения. Действительно, «темновое» состояние фотопроводника в подавляющем большинстве случаев характеризуется не нулевой, а фоновой освещенностью Р ф 0Н. Отсюда сле­

дует, что на практике «темновой» ток ничем, кроме сво­ ей величины, не отличается от фототока.

При конструировании оптоэлектронных устройств возникает ряд вопросов. Во-первых, вопрос о согласо­ вании фотопроводящих и электролюминесцентных эле­ ментов. Нередко он может быть решен конструктивно — подбором необходимого соотношения площадей, толщин и т. д. Однако в ряде случаев при имеющихся материа­ лах это оказывается невозможным (гл. 8); необходима разработка новых материалов.

Во-вторых, насколько сильно фотопроводник изме­ няет напряжение на электролюминесцентном элементе? Это определяется кратностью изменения токов фотопро­ водника при рабочей и фоновой освещенностях.

Наконец, в-третьих, возможно ли получить макси­ мальную кратность при высоких рабочих напряжениях, так как для возбуждения электролюминесценции обычно требуется большое напряжение.

Кратность изменения проводимости

Из уравнения (1.17) следует, что кратность токов при постоянном напряжении равна

(2.4)

где п и «фон — концентрации свободных носителей заря­ да при рабочей и фоновой освещенностях. Если п и Пф0п

90

Как правило, бднакб, Такое простое уравнение ДЛИ большинства фотопроводников не соблюдается. Как указывалось в гл. 1, возможны случаи, когда

ЯV Р фон-

Тогда

В общем случае кратность удовлетворительно описы­ вается формулой

в зависимости от типа фотопроводнйка и режима ра­ боты.

Рассмотрим простейший случай, когда к омическо­ му (линейному) фотопроводнику приложено постоянное рабочее напряжение. Кратность в широком диапазоне

рабочих напряжений остается постоянной, так как тем­ новой и фототоки линейно зависят от напряжения. Од­ нако, начиная с определенной величины напряжения, проводимость фотопроводника будет, в основном, опре­ деляться носителями, инжектированными из внешних электродов. В результате темновой и фототоки будут стремиться к одному и тому же значению (так называе­

91

мая область ТОПЗ — «токов, ограниченных Нространсгвенным зарядом») и кратность начнет снижаться с рос­ том приложенного напряжения (рис. 2.12).

В электролюминесцентных приборах обычно прихо­ дится работать на переменном напряжении, что услож­

пряжении. В том случае, когда J c > h , положение суще­

ственно меняется (рис. 2.13, кривые 1 и 2). Результирующий темповой ток, равный векторной

сумме емкостного и темпового активного токов, будет определяться в основном емкостным током. Поэтому может оказаться, что в области нелинейности фототок начнет быстро возрастать, а результирующий темновой ток по-прежнему будет меняться линейно. Кратность токов в этой области будет увеличиваться вплоть до тех напряжений, при которых быстро растущий темновой ток превзойдет емкостный. Дальнейшее возрастание напряжения приведет к падению кратности так же, как и при постоянном рабочем напряжении. Условие, при котором влиянием емкостных токов нельзя пренебречь,

го напряжения существует вполне определенная связь. Из изложенного следует, что, во-первых, кратность на переменном напряжении может быть значительно меньше, чем на постоянном; во-вторых, может появиться рабочая область напряжений, где кратность имеет ма­ ксимум. Для получения оптимального управления устройством, в этом случае необходимо выбирать рабо­ чее напряжение близким к данной области напряжений. Для линейных фотопроводников приведенные сооб­ ражения обычно не играют решающей роли, так как в большинстве случаев емкостные токи малы по срав­ нению с активными. Кроме того, имеется большой запас

по кратности, позволяющий не накладывать жесткого ограничения на выбор рабочего напряжения. Однако рассмотренные факторы необходимо учитывать при ра­ боте с порошковыми, гетерогенными слоями фотопровод­ ника.

92

Рассмотрим волыг-амперные характёрисТйки порбШ-' ковых сопротивлений типа CdS и CdSe. При работе фо­ топроводников на постоянном напряжении они имеют следующие основные особенности:

а) при освещенностях порядка 5—10 лк кратность токов достигает нескольких тысяч (фотопроводники на основе CdS чувствительны также и к ' рентгеновскому излучению и могут быть использованы, для преобразо­ вателей рентгеновского изображения в видимое);

б) в первом приближении вольт-амперная характе­ ристика описывается степенной функцией согласно фор­

быть как больше, так и меньше значения асв для фото­ токов;

г) при переменном напряжении активная проводи­ мость фотослоя на порядок ниже, чем при постоянном напряжении такой же величины. Это связано с инерци­ онностью «открывания» барьера, приводящей к тому, что за полупериод переменного напряжения ток не успе­ вает возрасти до стационарного значения.

Низкая кратность токов при переменном напряже­ нии объясняется влиянием емкостных токов, которые могут на несколько порядков превышать темновой ток. Столь неблагоприятное соотношение емкостных и тем­ новых токов объясняется, по крайней мере, двумя фак­ торами: высоким темновым сопротивлением фотопро­ водника и сравнительно высокой рабочей частотой (для оптоэлектроники желательно" напряжение с частотой вы­

Проанализируем поведение нелинейных фотопровод­

93

Кратность токов

в результате освещения без учета емкостной проводи­ мости. (Вообще говоря, это уменьшение зависит от того, постоянное или переменное напряжение приложено к фотопроводнику, но эти различия обычно не превос­ ходят нестабильностей фотопроводника, и мы их учиты­ вать не будем.)

Следует иметь в виду, что емкостная проводимость фотопроводника ci)Q, = /e/28 (f — частота в герцах, 8 —- толщина фотопроводника), тогда как из-за нелинейности вольт-амперной характеристики фотопроводника измене­

ние его толщины, например в два раза, изменяет актив-

(X сс-

ный ток через него в 2 00 или 2 ф раз.

В правой части уравнения (2.7) суммируются емко­ стные и активные токи. Точный расчет таких сумм за­ труднителен, так как необходимо сложить синусоидаль­ ный емкостный ток с несинусоидальным активным током. Из (2.7) следует, что в области малых напряже­ ний, когда активные токи малы по сравнению с емко­ стями, кратность токов близка к единице. С ростом на­ пряжения кратность токов растет из-за быстрого увели­ чения фототока, так как

.максимума: дальнейшее возрастание напряжения при­

уменьшения емкостного тока максимум кратности уве­ личивается, а его положение смещается влево (рис. 2.14). При очень малых частотах максимум кратности будет

94