Файл: Левитин И.Б. Инфракрасная техника.pdf

вещении диода поглощаемые кванты излучения вызывают появление электронно-дырочных пар. Если эти пары воз­ никают на расстоянии от р—л-перехода, не превышающем диффузионной длины (так же как в вентильном фотоэле­ менте), то они доходят до перехода раньше, чем успевают рекомбинировать. У перехода парные заряды разделяются, причем неосновные для данной области заряды увлекаются полем перехода, а основные носители, оставшиеся у пере­ хода, создают объемный заряд, поле которого увлекает их в противоположную сторону.

На рис. 34 показано семейство вольт-амперных характе­ ристик германиевого фотодиода ФД-3, снятых при различ­

вых и кремниевых фотодиодов отечественного производства.

Фоторезисторы. Фоторезисторы являются наиболее ши­ роко применяемым видом фотоэлектрических приемников инфракрасных излучений. Действие фоторезисторов ос­ новано на внутреннем фотоэффекте, создающем фотопрово­ димость приемника, питаемого источником тока.

Чувствительный слой фоторезистора изготовляется из полупроводника с собственной или примесной проводи­ мостью. В первом случае энергия падающих на слой фо­ тонов тратится на образование в слое электронно-дырочных пар; во втором случае — на образование свободной-дырки и связанного электрона или свободного электрона и свя­ занной дырки. В том и другом случае при воздействии из­ лучения, фотоны которого имеют достаточную для возбуж­ дения энергию, увеличивается проводимость чувствитель­ ного слоя.

79

Если минимальная энергия, равная ширине запрещен­ ной зоны собственного полупроводника или равная энер­ гии активации, необходимой для возбуждения примесного полупроводника, есть Е, то

E = hc/%KP,

где с — скорость света; Ккр — пределы-га большая длина волны («красная» граница), на которую реагирует фоторе­ зистор. Выражая Е в электрон-вольтах, а Лк р в микромет­ рах, получим А.кр = 1,24 Е.

Так как фоторезистор включается в цепь источника пи­ тания последовательно с нагрузочным сопротивлением R„, то через него, так же как через болометр, всегда прохо­ дит рабочий ток. При изменении сопротивления фоторези­ стора изменяется падение напряжения на сопротивлении нагрузки Ra.

Основной причиной образования сигнала от фоторезистора яв­ ляется генерация в нем поглощенными фотонами дополнительных носителей тока. Если на чувствительный слой с площадью ап па­ дает лучистый поток Ф, то скорость генерации носителей ѵг =

=і]Фап, а скорость рекомбинации ир = ÀNc/xm. Здесь: ANC —

вая эффективность (отношение числа фотонов, вызывающих полез­ ный сигнал, к общему числу фотонов, падающих на чувствительную поверхность).

При установившемся процессе ѵг = ѵр и ЛІѴС = Фяп тж т]. От­ носительное число носителей, определяющее сигнал на выходе:

ДЛ'с/Л? = Яп ФІІТЖ /УѴ.

Напряжение, возникающее на зажимах фото резистор а, зависит от напряжения питания, создающего рабочий ток, и от сопротивления нагрузки Ra. Если сопротивление фо­ торезистора Rф, то его интегральная чувствительность (коэффициент преобразования) выразится:

Напряжение питания U можно увеличивать только до та­ кого значения, пока в суммарном шуме фоторезистора со­ ставляющая генерационно-рекомбинациоиного шума не ста­

80

сями различных металлов •— Au, Hg, Sb, Zn). Фоторезисторы из примесных полупроводников всегда

используются при глубоком охлаждении. Фоторезисторы из полупроводников с собственной проводимостью могут

работать без охлаждения, но в ряде случаев его применяют для улучшения параметров приемника.

Полупроводниковые материалы группы PbS, PbSe, РЬТе представляют собой нанесенные на диэлектрик тон­ кие (толщиной порядка 1 мкм) пленки, в которых кристал­ лики ( ~ 0,1 мкм) разделены барьерами из окислов свинца. Полупроводниковые материалы группы Те, InSb, Ge пред­ ставляют собой монокристаллы.

На рис. 35, а приведены кривые спектральной чувстви­ тельности неохлаждаемых фоторезисторов с собственной проводимостью при комнатной температуре, а на рис. 35,6— тех же фоторезисторов при глубоком охлаждении (до тем­ пературы жидкого азота 77 К). Очевидно, что охлаждение вызывает значительное увеличение чувствительности и

81

смещение длинноволновой границы чувствительности Як р , причем почти у всех металлов в сторону больших длин волн, кроме InSb, у которого %к р смещается в сторону меньших длин волн.

Германиевые примесные фоторезисторы характерны весьма длинноволновой границей спектральной чувстви­ тельности (рис. 36). Чувствительность всех фоторезисторов

смГцг/вг

пени зависит от способа их изготовления: при химическом осаждении чувствительного слоя постоянная времени со­

82

охлаждении жидким азотом т = 10 ч- 30 мкс. Весьма мала постоянная времени у фоторезисторов из InSb (менее 1 мкс).

Рис. 37. Кривые спектральной чувствительности и частотные ха­ рактеристики фоторезисторов ФС-А

Неохлаждаемые фоторезисторы. Примером таких при­ емников являются наиболее распространенные фоторези­

тельного остаривания в течение около 2000 ч). На рис. 37, а приведены кривые спектральной чувствительности, а на рис. 37, б — частотные характеристики фоторезисторов

83