Селеновые фотосопротивления

Селеновые фотосопротивления

Внутренний фотоэффект был открыт в 1873 г., а через два года было изготовлено первое селеновое фотосопротивление.

Иногда полупроводниковые фотосопротивления не вполне удачно называют фотоэлементами. В полупроводниковом сопротивлении поглощенное излучение вызывает уменьшение сопротивления вещества и не создает ни фотоэлектрического тока, ни э. д. с, как в фотоэлементе с запирающим слоем.

Между фотоэлементом с внешним фотоэффектом и фотосопротивлением также существует принципиальное различие. В вакуумном или газонаполненном фотоэлементе ток может идти лишь в одном направлении. Фотосопротивление лишено этой особенности. Оно одинаково проводит электричество как в одном, так и в другом направлении. При внутреннем фотоэффекте, как было уже показано в предыдущей главе, энергия поглощенного света расходуется не на вырывание электронов из вещества, а на освобождение некоторого их числа внутри самой массы вещества, на перевод их в зоны проводимости. Благодаря появлению фотоэлектронов заметно уменьшается электрическое сопротивление полупроводника, из которого сделано фотосопротивление. Здесь лучистая энергия не проявляет себя в явном виде, а находится в скрытом состоянии, как бы консервируется в материале фотосопротивления. Таким образом, фотосопротивление - это полупроводниковый прибор, изменяющий свое электрическое сопротивление под действием света.

Из предыдущего рассмотрения физической сущности внутреннего фотоэффекта становится ясным принципиальное устройство фотосопротивления. Фотосопротивление представляет собой пластинку (в большинстве случаев тонкий слой полупроводника), на краевые области которого накладываются металлические электроды, обеспечивающие надежный электрический контакт. Такое фотосопротивление включается в цепь последовательно с источником питания.

Когда фотосопротивление затемнено, во всей цепи, а, следовательно, и в самом фотосопротивлении, течет электрический ток, величина которого определяется омическим сопротивлением фотосопротивлений и приложенной к нему разностью потенциалов. Такой ток называют темновым. При освещении фотосопротивления ток возрастает и возрастание это тем больше, чем больше световой поток. Разность между световым и темновым токами и дает нам значение фототока.

Фотосопротивления в зависимости от своего назначения изготовляются из разных полупроводниковых материалов. Чувствительность фотосопротивлений значительно выше чувствительности вакуумных фотоэлементов с внешним фотоэффектом. Это значит, что при одинаковой освещенности фотосопротивление обеспечивает в несколько раз большее возрастание тока в цепи по сравнению с фотоэлементом с внешним фотоэффектом. Существенным недостатком большинства фотосопротивлений является значительная инерционность, в то время как вакуумный фотоэлемент с внешним фотоэффектом является практически безинерционным прибором.

Вторым существенным недостатком фотосопротивлений является нелинейная зависимость возрастания фототока от возрастания интенсивности светового потока. На фиг. 1 приведена зависимость фототока в микроамперах (мка) от светового потока в люменах (лм).

Хотя эти два недостатка весьма существенны, они не закрывают фотосопротивлениям доступа во многие области техники. Кроме того, в настоящее время изыскиваются новые полупроводниковые материалы, которые были бы в значительной степени лишены этих недостатков, конструируются новые типы фотосопротивлений с улучшенными параметрами. В самое последнее время физикам удалось разрешить многие трудности и получить фотосопротивления, во многом свободные от недостатков, присущих их предшественникам.

В зависимости от вещества, из которого сделаны фотосопротивления, последние обладают разными спектральными характеристиками и различной интегральной чувствительностью. Под интегральной чувствительностью фотоэлемента или фотосопротивления понимают величину фототока, который течет в цепи при падении на фотоэлемент единицы потока лучистой энергии, состоящего из волн различной длины и соответствующего по своему спектральному составу излучению лампы с вольфрамовой нитью, которая накалена до температуры 2 840° К. Эта единица потока видимого света называется люмен. Таким образом, интегральная чувствительность фотоэлемента в видимой части спектра измеряется в микроамперах на люмен (мка/лм). Спектральная чувствительность характеризует величину фототока, возникающего от действия единицы потока лучистой энергии определенной длины волны. Таким образом, если интегральная чувствительность фотоэлемента может определяться одним числом - величиной фототока, отнесенного к единице энергии падаю-щего излучения, то спектральная чувствительность каждого фотоэлемента обычно изображается в виде графика. На вертикальной оси графика откладываются значения чувстви-тельности или фототока, а на горизонтальной оси - значения длины волн в каких-либо единицах, например в ангстремах.

Первое по времени фотосопротивление было изготовлено из селена, сыгравшего в истории науки и техники крупнейшую роль. Технология изготовления селеновых фотосопротивлений разрабатывалась и совершенствовалась годами.