Полупроводниковые фоторезисторы

Фоторезисторы – это дискретные светочувствительные резисторы, принцип действия которых основан на изменении проводимости полупроводникового материала под действием светового излучения.

Фоторезисторы могут быть чувствительны к электромагнитному излучению в широком интервале длины волны (от ультрафиолетового до инфракрасного).

Для изготовления серийных фоторезисторов в настоящее время используют главным образом два типа материалов: сернистый кадмий и селенистый кадмий. Для изготовления резисторов типа ФСА применяют сернистый свинец.

Светочувствительный элемент фоторезистора изготавливается в виде прямоугольной или круглой таблетки, спрессованной из полупроводникового материала или тонкой пленки на стеклянной подложке. Элемент может быть выполнен также из монокристаллических образцов полупроводниковых материалов. Светочувствительный элемент фоторезисторов обычно помещают в пластмассовый или металлический корпус. Отдельные типы фоторезисторов выполняются в бескорпусном исполнении (ФСА-1а, ФСК-7а, ФСД-1а и т. д.). Светочувствительный элемент в них защищен от воздействия внешней среды прозрачной пластмассовой пленкой.

Основными параметрами фоторезисторов являются:

U_P – рабочее напряжение – это постоянное напряжение, приложенное к фоторезистору, при котором обеспечены номинальные значения его параметров при длительной работе;

U_тах – максимально допустимое напряжение – это максимальное значение постоянного напряжения, приложенного к фоторезистору, при котором обеспечена заданная надеж­ность при длительной работе;

I_св – световой ток – ток, протекающий через фоторезистор при рабочем напряжении и воздействии потока излуче­ния заданных интенсивности и спектрального распределения;

I_т – темновой ток – ток, протекающий через фоторезистор при рабочем напряжении в отсутствие потока излучения в диапазоне спектральной чувствительности;

Р_рас.тaх – максимально допустимая мощность рассеяния – максимальное значение мощности, рассеиваемой фоторезистором, при которой обеспечена заданная надежность при длительной работе;

R _т– темновое сопротивление – сопротивление фоторезистора в отсутствие падающего на него излучения в диапазоне его спектральной чувствительности;

К – кратность изменения сопротивления – отношение сопротивления фоторезистора при воздействии на него потока излучения заданных интенсивности и спектрального распределения к его сопротивлению в отсутствие падающего на него излучения;

т_сп – постоянная времени по спаду тока –время, в тече­ние которого световой ток уменьшается до значения 37 % от максимума при затемнении фоторезистора;

т_н – постоянная времени по нарастанию тока – время, в течение которого световой ток увеличивается до значения 63 % от максимума при прямоугольной форме единичного импульса света; ]

к_mах – максимум спектрального распределения – длина волны, соответствующая максимуму, спектральной чувстви­тельности фоторезистора.

Основные характеристики фоторезисторов – спектральная, люкс-амперная, вольт-амперная.

Спектральная характеристика отображает чувствительность фоторезистора при действии на него излучения определенной длины волны. Чувствительность зависит от свойств материала светочувствительного элемента. Сернисто-кадмиевые фоторезисторы имеют высокую чувствительность в видимой области спектра, селенисто-кадмиевые – в красной и ближней инфракрасной областях, сернисто-свинцовые – в инфракрасной области спектра.

Люкс-амперная характеристика фоторезисторов показывает зависимость светового тока, протекающего через фоторезистор, от освещенности. Полупроводниковые фоторезисторы имеют обычно нелинейные люкс-амперные характеристики.

Вольт-амперная характеристика фоторезисторов показывает зависимость светового тока, протекающего через фоторезистор, от приложенного к нему напряжения. Вольт-амперная характеристика фоторезисторов линейна в широком интервале напряжения. Линейность нарушается только при малых значениях напряжения.

Зависимость светового тока фоторезистора от изменения окружающей температуры определяется температурным коэффициентом светового тока, который выражается формулой:

где I_СВ1 — световой ток при окружающей температуре Т₁, I_СВ2 – световой ток при окружающей температуре Т₂, Т₂ – Т₁ – заданный интервал окружающей температуры.

Кратность изменения сопротивления фоторезисторов вычисляют по формуле:

Темповой ток измеряют при Т_окр.ср.= +20 °С, постоянном напряжении, равном U_p, и полном затемнении фоторезистора, а световой – при освещенности 200 ± 20 лк. Значение I_СВ снимают после воздействия света в течение 15 с, а I_Т после выдержки фоторезистора затемненным в течение 30 с.

Полупроводниковые фоторезисторы допускают работу и в импульсном режиме, при условии непревышения десятикратной максимальной мощности рассеяния фоторезистора в импульсе, при средней мощности, не превышающей допустимого значения. Фоторезисторы могут работать при большой интенсивности света при условии непревышения допустимого значения мощности рассеяния.

Фоторезисторы обозначаются буквами СФ (сопротивление фоточувствительное) или ФС (старое обозначение). Буквами А, К, Д обозначается материал, используемый для светочувствительного элемента (А – PbS; К – CdS; Д – CdSe). В новом обозначении буквы заменены цифрами 1, 2 или 3 соответственно после индекса СФ. Цифры, стоящие после дефиса, характеризуют конструктивное оформление фоторезистора. Перед цифрой может стоять буква Г, обозначающая герметизированную конструкцию.