Лабораторный практикум по оптике, содержащий описание 21 лабораторной работы, страница 59

При соединении двух полупроводников с n и р – проводимостью в месте контакта образуется тонкий запирающий слой толщиной
10^–3 – 10^–5 см. Этот слой обладает односторонней проводимостью. При отсутствии внешнего электрического поля он свободно пропускает электроны из р – полупроводника в n – полупроводник. Дырки беспрепятственно проходят в обратном направлении. Следовательно, в отсутствие внешнего электрического поля ток через контактную область создается только неосновными носителями, поэтому сила тока очень мала. При наличии внешнего поля сила тока очень сильно зависит от направления этого поля, то есть p-n переход обладает односторонней проводимостью. При освещении места контакта светом сопротивление его уменьшается и электропроводность полупроводника увеличивается. Это явление получило название внутреннего фотоэффекта. В области контакта возрастает число свободных носителей тока. Это вызывает нарушение равновесного распределения носителей тока в области контакта и возникновение фото-ЭДС. Фото-ЭДС поддерживается действием света. Следовательно, создается элемент, способный служить источником тока. На явлении внутреннего фотоэффекта основана работа фотосопротивлений, фотодиодов, полупроводниковых фотоэлементов, фототранзисторов.

Фотосопротивления, в отличие от газонаполненных фотоэлементов, не имеют тока насыщения. Для них величина фототока пропорциональна приложенному напряжению. Так как электроны, освобождённые светом, находятся в свободном состоянии, то фотосопротивления обладают инерционностью.

Основные характеристики фотосопротивления – световая и спектральная характеристики, а так же его удельная интегральная чувствительность. Под световой характеристикой фотосопротивления понимают зависимость величины его сопротивления от падающего светового потока, т.е. R_ф =¦(Ф). Спектральной характеристикой фотосопротивления называют зависимость его сопротивления от длины волны (частоты) падающего света R_ф=¦(l). Аналогичными характеристиками обладает и полупроводниковый фотоэлемент. Удельной интегральной чувствительностью g₀ фотосопротивления называется физическая величина, численно равная отношению величины фототока i, даваемого сопротивлением, к величине падающего на него светового потока Ф при напряжении U₀ , приложенного к сопротивлению

                                     (19.1)

где i– сила фототока в цепи; Ф – величина светового потока; U₀ – приложенное напряжение.

Учитывая, что

,                              (19.2)

для g₀ получим

                                   (19.3)

где r– расстояние от источника света до фотоэлемента; I – сила света источника; S – рабочая площадь светочувствительного слоя фотоэлемента.

Основной характеристикой полупроводникового фотоэлемента, наряду с вышеперечисленными, является также его интегральная чувствительность. Под интегральной чувствительностью полупроводникового фотоэлемента понимают отношение силы фототока к величине падающего светового потока, т.е.

                                         (19.4)

где i¢ = i - i₀, i– фототок, вызванный данным элементом, i₀ – темновой ток, т.е. ток, показываемый амперметром при выключенном источнике света.

Учитывая формулу (19.2), для g  имеем:

                                      (19.5)

где r – расстояние от источника света до фотоэлемента; S – площадь светочувствительного слоя фотоэлемента; I – сила света источника.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В работе исследуются основные характеристики фотосопротивлений типа ФСК-1 и ФСК-2, а также полупроводникового фотоэлемента. Установка для проведения исследований состоит из оптического рельса, на котором размещены осветитель типа ОИ-24 с ирисовой диафрагмой и исследуемые фотоэлементы. Величина фотосопротивления измеряется с помощью вольтметра типа ВК7-10А. Внешний вид передней стенки прибора показан на рис. 19.3.