Определение основных параметров фоторезистора (Лабораторная работа № 8), страница 2

Спектральные характеристики фоторезисторов, нормированные относительно максимального значения чувствительности S_lмакс. на длине волны l_макс., приведены на рис. 8.5. Эти характеристики определяются конкретной зависимостью фотопроводимости от длины волны электромагнитного излучения для каждого материала в области собственного или примесного поглощения. В видимой части оптического диапазона в качестве материалов ЧЭ фоторезисторов используют сульфид кремния CdS и селенид кадмия CdSe. Введение в эти материалы меди Си-центров чувствительности резко повышает время жизни электронов и, следовательно, коэффициент усиления по току. Но атомы меди создают в запрещенной зоне CdS и CdSe компенсирующие акцепторные уровни, и проводимость полупроводника уменьшается. В инфракрасной области спектра на длинах волн 1–5 мкм используются сульфид PbS, селенид PbSe и теллурид свинца РbТе, а на длинах волн 5–40 мкм – тройные кристаллические соединения Hg_1-xCd_xТе и Pb_1-xSn_xTe с узкой шириной запрещенной зоны (DЕ_З = 03–1,5 эВ для соединения Hg_1-xCd_xТе при изменении х в интервале 1–0,15). На длинах волн 1–4 мкм применяют антимонид InSb и арсенид InAs индия. Указанные материалы фоторезисторов обладают собственной проводимостью. В длинноволновой области инфракрасного излучения на длинах волн 2–20 мкм используются примесные полупроводники (германий с примесями меди, ртути, цинка и др.). Фоторезисторы на основе примесных и узкозонных полупроводников охлаждают до температуры 77К. Световая, или энергетическая, характеристика фоторезистора I_ф = y(Ф) линейна для небольших световых потоков (рис. 8.6).

При световых потоках Ф > Ф_макс. из-за увеличения концентрации генерируемых неравновесных носителей возрастает вероятность их рекомбинации; время жизни носителей и коэффициент усиления по току уменьшаются. Линейность световой характеристики соответственно нарушается. Нижняя граница световой характеристики Ф_мин. соответствует пороговому потоку.

Рис. 8.6. Световая характеристика фоторезистора

Фоновая характеристика фоторезистора (рис. 8.7) – это зависимость его чувствительности от фоновой освещенности: S_i = j (Е_фо). Увеличение фоновой освещенности вызывает, в отличие от оптического сигнала, паразитную генерацию избыточных носителей. Фон является помехой оптическому сигналу. С увеличением фона проводимость фоторезистора возрастает, а чувствительность к сигналу падает, так как диапазон изменения фотопроводимости ограничен.

Температурные характеристики фоторезистора R_tm = j (Т) и I_ф = y (Т) приведены на рис. 8.8. Увеличение температуры вызывает термогенерацию носителей, что снижает темновое сопротивление R_tm. С ростом температуры повышается вероятность рекомбинации неравновесных носителей и уменьшается время их жизни из-за увеличения концентрации равновесных, коэффициент усиления по току фоторезистора снижается.

Рис. 7 Фоновая характеристика               Рис.8 Температурная характеристика

Практическая часть

Перед началом измерений изучите правила пользования приборами. Блок-схема и электрическая схема установки приведены на рис. 8.9. и 8.10.

Рис. 8.9. Блок-схема экспериментальной установки

Рис. 8.10. Электрическая схема установки.

ЗАДАНИЕ 1 Наблюдение темнового тока

1. Шторку монохроматора установите в положение «закрыто».

2. Включите источник регулируемого напряжения (ИРН). Установите рабочее напряжение 15–25 В.

3. Определите по микроамперметру величину темнового тока.

ЗАДАНИЕ 2. Получение вольтамперной характеристики фоторезистора

1. Установите щели монохроматора по 0,5 мм.

2. На барабане монохроматора выставьте 3000 делений (l = 794 нм).

3. Включите осветитель.

4. Включите ИРН. Установите на выходе прибора минимальное напряжение, повернув ручку регулятора в крайнее левое положение.

5. Установите шторку монохроматора в положение «открыто».

6. Составьте таблицу наблюдений из показаний микроамперметра для различных значений напряжения от 1 до 20 через каждые 2 В.

7. Постройте график зависимости тока ФС-К1 от приложенного напряжения

I = f(U).

8. После выполнения задания выключите установку на 8–10 мин.

ЗАДАНИЕ 3 Изучение световой характеристики

1. На барабане монохроматора выставьте 3000 делений (l = 794 нм).

2. Включите ИРН (напряжение 15–20 В).

3. Включите осветитель.

4. Используя нейтральные светофильтры, изменяйте величину энергетического потока. Коэффициенты пропускания (Т) светофильтров для излучения l = 794 нм приведены в табл. 8.1.

Таблица 8.1.

№ светофильтра	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Т, %	0,7	1	4	18	22	27	35	42	69	76	86

5. Измерения начинайте с фильтра № 1 в порядке возрастания Т.

Последнее измерение проведите без фильтра.

ВНИМАНИЕ! Во время смены светофильтров ставьте шторку монохроматора в положение «закрыто», а шунт микроамперметра – в положение «да»,

6. Постройте график I = f(Ф). Ф = Т.

7. Выключите установку на 8–10мин.

ЗАДАНИЕ 4. Определение времени нарастания и спада фототока

1. На барабане монохроматора выставьте 3000 делений (l = 794 нм), шторку в положение «закрыто».

2. Включите ИРН (10 В).

3. Откройте шторку монохроматора, включив одновременно секундомер.

4. Фиксируйте показания микроамперметра каждые 5 секунд.

5. После выхода в стационарный режим (I_Ф = const) секундомер следует выключить и вернуть его в исходное состояние.

6. Закройте шторку монохроматора, включив одновременно секундомер.

7. Фиксируйте показания микроамперметра каждые 5 секунд.

8. Постройте кривую I = f(Т).

9. Вычислите постоянные времени нарастания и спада фототока.