Напівпровідникові прилади. Електропровідність напівпровідників. Домішкова провідність, страница 8

Ще одною характеристикою фоторезисторів  є частотні властивості. Для більшості фоторезисторів пропорційність між частотою модуляції світлового потоку і відповідною зміною фотоструму обмежується одиницями кілогерц.

Паспортними параметрами фоторезисторів є:

·  Монохрамотична чутливість S_i = I_ф/Ф_л.. Її величина може досфгати 20 А/Лм.

·  Темновий опір. Його величини коливаються в діапазоні 10² £ R_T £ 10⁹ (Ом).

·  Робоча напруга.

Діапазон робочих напруг знаходиться в діапазоні до декількох сотень вольт. Параметри фоторезиcторів в значній мірі залежать від температури.

Фоторезистори находять широке використання в системах автоматики для контролю над освітленням приміщень, робочих місць, вулиць і т.п.

Магніторезистори – напівпровідникові резистори, в яких провідність зменшується при дії магнітного поля. Сучасні магніторезистори працюють в широкому діапазоні магнітних потоків – від  0-0.1 Тл до 2-3 Тл. При малих значеннях магнітних потоків більшість магніорезисторів збільшує свій опір в залежності :

R_mФ_м².

При великих рівнях магнітних потоків (Ф_м > 1 Тл):

R_mФ_м.

Магніторезистори використовуються як датчики магнітних полів в ріхних приладах і електромагнітних перетворювачах.

Датчики Холла

Ефект Холла

Ефект Хола полягає в слідуючому: якщо напівпровідник, через який протікає електричний струм, помістити в магнітне поле, перпендикулярне напрямку струму, то в напівпровіднику появиться електричне поле, перпендикулярне напрямку струму і магнітного поля з напруженістю, яка є пропорційна щільності струму і індукції магнітного поля. Ефект Хола в напівпровідниковій структурі обумовлений дією сили Лоренца на заряди, що рухаються в магнітному полі.

Розглянемо більш детально явища в розміщеному в магнітному полі  напівпровіднику р-типу, рис.Х1, через який протікає постійний струм І. Дірки, що мають заряд q , переміщуються в напрямку, вказаному стрілкою, зліва направо з швидкістю v. Напрямок дії магнітного поля  з індукцією В співпадає з віссю у.  На заряд діє сила Лоренца, величина якої

F = qvB×sinj,

де  j - кут між напрямками дії векторів v  і В.

Завдяки силі Лоренца дірки напівпровідника відхиляються до верхньої грані напівпровідникової пластини, що приводить до зростання їх концентрації в верхній частині пластини і зменшення в нижній частині. Такий перерозподіл зарядів в напівпровіднику приводить до появи електричного поля Е і різниці потенціалів між верхньою і нижньою гранями:

U_Х = E×d,

де   d – відстань між гранями.

Створене електричне поле Е буде діяти на заряди в напрямку, направленому проти дії сили Лоренца і при взаємно перпендикулярних напрямах векторів v, B, I  рух зарядів до верхньої пластини припиниться при E×q = qvB. Звідси витікає, що різниця потенціалів між верхньою і нижньою гранями  напівпровідникової пластини може бути обчислена по формулі:

і вона називається е.р.с. Хола.

Враховуючи, що струм, протікаючий через напівпровідникову пластину

I = p q v d h ,

формулу (2.14) можемо зобразити в вигляді:

де параметр R = 1/pq називається коефіцієнтом Хола. Його величина, як видно з формули, залежить від концентрації домішок і температури.

Формула (2.15) покахує, що е.р.с. Хола залежить від фізичних властивостей матеріалу напівпровідника, розмірів пластини, величини протікаючого струму та величини індукції магнітного поля.

Для напівпровідника n- типу коефіцієнт R матиме від’ємне значення, а напрямок е.р.с. буде протилежним дії е.р.с. напівпровідника р- типу.  

Вираз (2.15) для е.р.с. Холла був отриманимй без врахування хаотичного теплового руху електронів та їх розподілу на швидкості.

Більш точне значення   коефіцієнта Холла враховується коефіцієнтом Н, значення якого знаходяться в інтервалі 1 – 2. Тобто, R_H =RH.

В напівпровідниках зі змішаним типом провідності е.р.с. Хола може бути значно меншою ніж в напівпровіднику з одним типом провідності.