ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 133
Скачиваний: 2
ложительную и токи быстро растут с увеличением напряжения. При облучении фотопроводпика светом в образцах с сеточным электродом выпрямленные токи могут возрасти по сравнению с темповыми, а ве личина напряжения, при котором наблюдается перемена полярности, изменяется (рис. 2.20). Причиной выпрямляющего эффекта в фотопроводниковых слоях является преимущественная ориентация отдель
ных кристаллов — диодов |
в каком-либо одном |
направлении. Подоб |
ное явление наблюдалось |
и в ЭЛК. Подробнее |
о нем будет сказано |
в следующей главе.
Представление о фотопроводниковом слое, как о слое, состоящем из отдельных частиц с диодными характеристиками ‘(роль барьеров), элементарной емкостью и активным сопротивлением, позволяет объ яснить характер изменения выпрямленного тока. На рис. 2.21 пока
зана упрощенная эквивалентная |
схема |
фотопроводникового |
слоя |
||
с сеточным электродом. |
В этой |
схеме |
нужно также учесть, |
что |
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
Рнс. 2.21. Эквивалентная схема |
фотослоя |
с сеточным электродом: |
i — витки сетки; 2 — эквивалентная |
емкость С |
зерна; 3 — эквивалентное со |
противление Яф зерна; 4 — эквивалентный диод |
Д зерна; 5 — сплошной элек |
|
трод.
верхние слои более пористые и емкость их меньше. Поэтому при малых напряжениях, когда эквивалентное сопротивление частиц фо топроводника велико, нижние слои шунтируются собственной емко стью и диодный ток мал. Для верхнего слоя, лежащего над сеткой, диодный ток играет большую роль и будет создавать выпрямленный ток отрицательной полярности (ток будет протекать по пути, отме ченному пунктиром). Повышение напряжения или снижение рабочей частоты уменьшает этот эффект, и основную роль в выпрямлении будут играть эквивалентные диоды нижней части слоя. Выпрямлен ный ток становится положительным. Приведенная модель объясняет также смещение области отрицательных токов в сторону меньших напряжений при освещении фотопроводника (снижается роль шун тирующих емкостей, так как возрастает проводимость частиц).
100
Из сказанного следует, что выпрямленные токи могут в значи тельной степени влиять па характеристики электролюминесцентных устройств, изменяя режим их работы (гл. 8). Кроме того, стимулируя диодные свойства фотослоя, можно создать специальные устройства, например устройство памяти, и пр.
Инерционность фотопроводников
При освещении фотопроводника фототок достигает установившегося значения не мгновенно, а через неболь шой промежуток времени. Аналогично, после прекраще ния действия светового потока ток достигает стацио нарного «темнового» значения через определенное вре мя. Инерционность процессов установления тока харак теризуется постоянной времени т, в течение которой фототок изменяется в е раз. Величина т полностью определяет процесс установления при экспоненциальном изменении токов. Однако изменения токов обычно описы ваются более сложными законами и одного параметра недостаточно (гл. 1). Тем не менее, вследствие малой изученности инерционных процессов удовлетворяются только одним параметром т, указывая величину т и ее изменение при изменении освещенности, напряженности поля и других условий. Так, например, фотопроводники имеют различные постоянные времени по нарастанию и спаданию тока.
Наименьшую инерционность среди |
промышленных |
||
образцов фотопроводников |
имеют сернисто-свинцовые |
||
фотопроводники (т=100 мкс |
при освещенности 200 |
лк |
|
и комнатной температуре). |
Снижение |
освещенности |
и |
и температуры повышает постоянную времени. Промыш ленные синтезированные сопротивления на основе CdS имеют постоянную времени по нарастанию около 200 мс и по спаду около 20 мс при освещенности 200 лк. Одна ко если фотопроводник длительное время находился в темноте, т достигнет 600 мс.
При измерении инерционности фототоков необходи мо учитывать, что характеристики инерционности зави сят от сопротивления нагрузки, с которой снимается сигнал, пропорциональный фототоку. Так, при последо вательном подключении фотопроводника и нагрузочно го сопротивления R& фиксируемое осциллографом в каж
дый момент времени напряжение |
|
и &='1Л^&/ (i^a+'^св) • -с- |
( 2. 12) |
101
Для упрощения расчета считаем, что проводимость фотопроводника линейно изменяется с интенсивностью облучения. Тогда в стационарном случае имеем
1/Яспст=(1/Яфон)+!гР |
|
|
(2.13) |
|||
и в нестационарном |
|
|
|
|
|
|
% dt (/?„,) |
1 |
1 |
+ |
гР. |
|
(2.14) |
ЛСв |
^фон |
|
|
|
|
|
Здесь /?фон —сопротивление фотопроводника |
при |
фоно |
||||
вой засветке; Я с в —его |
сопротивление |
при |
облучении; |
|||
г — чувствительность фотопроводника |
к данному |
виду |
||||
излучения; Р —интенсивность |
облучения |
(освещен |
||||
ность). Пренебрегая 1Д?фОН, определяем время нараста ния фототока:
|
d jl/R g i) |
1 |
|
ГР |
|
(2.15) |
|
1 |
r P - \ / R a% — |
r P — 1 //? Св |
|
||||
|
|
||||||
о |
|
|
|
|
|
|
|
При стационарном |
фототоке |
1/Ясвсс~гР |
и |
согласно |
|||
уравнениям (2.12) |
и (2.13) |
|
|
|
|
|
|
и аСв-иЯвГР/ (1+ЯвгР). |
|
(2.16) |
|||||
Вычислим, за какое время |
Па |
станет равно 2/ з Н а С т . |
|||||
Для этого найдем |
Ясв из уравнений |
(2.13) |
и |
(2.16) и |
|||
подставим его в (2.15). В результате получим |
|
||||||
taV3/x = l n ( l + 2 / ( l + r P R a)). |
|
(2.17) |
|||||
Аналогичным способом |
для |
времени |
спада |
фототока |
|||
в 3 раза получим |
|
|
|
|
|
|
|
W |
* = |
ln(3 + 2rP^ ) - |
|
|
(2-18) |
||
Анализ уравнений (2.17) и (2.18) показывает, что с ро стом сопротивления нагрузки время нарастания фотото ка в фотопроводнике уменьшается, а время спада возра стает. Этот вывод совпадает с результатами, приведен ными' в работе [138].
Для электролюминесцентных преобразователей изо бражения этот результат означает, что при конструиро вании приборов необходимо учитывать влияние пара-
102
метров электролюминесцентного слоя («нагрузочного» сопротивления) на характеристики быстродействия.
Этот вывод был сделан для линейного фотопровод ника. Порошковые фотопроводниковые материалы вследствие влияния поверхностных барьеров ведут себя еще сложнее. Эта сложность проявляется в двух пла нах. Во-первых, нелинейность вольт-амперной характе ристики приводит к сильному изменению тока через фо топроводник не только вследствие особенностей кинети ки фотопроводимости, но и из-за изменения условий на фотослое. Во-вторых, инерционность по напряжению увеличивает замедление переходных процессов в фото слое. Это хорошо видно из следующих соображений. Исходя из нелинейной зависимости скорости спада от степени возбуждения световым потоком, приходим к из вестной формуле.
|
|
|
|
(2.19) |
где £>1, и поэтому |
скорость |
спада |
резко |
уменьшается |
с уменьшением тока: |
|
(2.19) |
приводит к выра |
|
Интегрирование уравнения |
||||
жению |
|
|
|
|
j = \Н (С - 1) t + |
(Лв ~ -/фоя)'- '] |
,/(,“С) + |
/фон, (2.20) |
|
Зависимость фототока и темнового тока от напряжения соответствует выражению (2.3), но с различными а, р
иU для темнового и освещенного состояний. Пренебрегая величиной темнового тока в скобках
выражения (2.20) и подставляя значения токов из по следних соотношений, получаем
У |
( |
0 |
- |
[ |
Я |
( |
С |
- |
( 1 _ С) ] 1 ' ( , - С ) + . |
|
|
|
|
+ |
(1/Рфон) (t//^o) |
|
(2.21) |
||
Отсюда следует, что ток в значительной степени зависит от изменения напряжений на фотопроводнике в темновом и освещенном состояниях, т. е. от режима рабо ты прибора и от соотношения сопротивлений ЭЛК и фотослоя, а также от целого ряда других факторов. Здесь открывается возможность частичного уменьшения инерционности в самом приборе, если изменение напря жений на фотопроводнике идет «навстречу» процессу установления,
103