Фоторезист - studopediya
Фоторезистор се нарича полупроводникови устройства, електрическото съпротивление на която се променя под влияние на светлината. Основната част от фотоклетката е полупроводникови елементи снабдени с терминали, както и разположени по такъв начин, че светлината може да падне върху него.
принцип Фоторезистор се основава на образуването на комплемент-налното количество мобилни носители на заряд в полупроводника чрез абсорбция на лъчиста енергия, при което съпротивлението намалява, т.е. има допълнителна проводимост, photoconductivity нарича полупроводник. Ако светне повърхността на полупроводниковия е непрекъсната, а след това броят на допълнителните превозвачи ще се увеличи до динамичното равновесие, когато броят на новопоявил се равнява на броя на превозвачите ще се свържат отново. След прекратяването на осветление излишните носители рекомбинират един с друг и провеждане се възстановява предишната характеристика стойност не облъчени член.
Концентрацията на носители на заряд развълнуван от светлина, се дава с израза
където F - интензивността на експозицията; b1 - коефициент на пропорционалност в зависимост от честотата на падащата светлина и скоростта на рекомбинация на носители на заряд.
Ако концентрацията на превозвачите развълнуван от светлина, по-малко тъмно концентрация,
Изразът за photoconductivity е от вида:
От енергийна гледна точка на увеличаване на проводимостта на полупроводници обяснени от прехода на електрони от светлина от валентната зона на лентата проводимост и други преходи (Фигура 7.1.1) на. В този случай, фотонна енергия HN трябва да бъде по-голяма от енергията на групата празнина # 916 Е. Валентен електрон, които се движат в свободна зона, оставяйки дупка на мястото си. Тези допълнителни носители определено време са в свободно състояние, и след това наново, т.е. премине от всяка валентност
зона или нива на примеси. Въпреки това, някои от фотоните абсорбира от повърхността на полупроводниковата, е разпръснат в кристалната решетка, увеличаване на интензивността на термична предложение. За е необходимо във веригата в серия с Фоторезистор на фототока включва външен източник на EMF Изразът за фототок може да се запише като
където SF -fotoprovodimost, Е - електрическо поле, S - сечение на полупроводника. ИФ разлика между светлината и тъмната текущата ИТ ISV:
Тъмно ток е по-Фоторезистор параметри. Понякога е по-удобно да се използва концепцията за тъмната съпротивата, която се определя като съпротивлението на неосветената на Фоторезистор. За повечето фоторезисти показва долната граница на тъмно съпротива. Обикновено стойност тъмно съпротивление е от порядъка на десетки килоома до няколко megohms.
За да прехвърлите електрон от валентната зона на проводимата зона трябва да го уведоми определена енергия. Поради факта, че материал има различни забранена зона, има праг за фоторезист дължина на вълната, различна за различните материали. Например ширината на забранената групата на германий 0.72 ЕГ и 1.12 ЕГ на силиций. И, съответно, на прага на дължината на вълната за германий 1.8 микрона и 1.2 микрона за силиция. За прехвърляне на електрони от нивото на онечистване на лента проводимост изисква значително по-малко енергия (по-малко от 0.1 ЕГ) и съответно на въздействието на много по-голяма дължина на вълната светлина (инфрачервена област). Следователно, обикновено се наблюдават няколко максимуми: основен къси вълни и дълговълнов слаба поради възбуждане на примеси центрове електрони interimpurity преходи, абсорбция от свободните носители, абсорбцията на екситона и т.н.
Характеристиките на ток напрежение на фотоклетката са линейни в рамките на максимално допустимата мощност разсейване при тях. Когато голямо напрежение на Фоторезистор поради прекомерно нагряване е унищожаването на фоточувствителния слой.
характеристики в момента напрежение в общия случай може да бъдат записани като
където - коефициент на нелинейност характеристики на светлина, г - коефициент нелинейност на характеристиките на ток-напрежение, AO - константи определят от параметри на полупроводници, U - приложеното напрежение, Е - осветеност.
Light (енергия) Характеристика Фоторезистор (ris.7.1.2) обикновено е нелинейна. Feature светлинни характеристики е присъствието на тъмно ток, т.е. ток, преминаващ през фотоклетката в отсъствие на светлина на околната среда (на тъмно). В определен диапазон на осветяване светлина характеристика може да бъде приблизително от експресията
Основните характеристики на фоторезист е неразделна и спектрална чувствителност. Интеграл чувствителност фоторезист се определя като съотношението на съществуващата разлика когато са осветени и тъмни IT ISV на светлинния поток инцидента на резистора при номинално напрежение Unom:
където F - светлинния поток се определя от експресията
S - работната площ на Фоторезистор в m 2; E - осветление в лукс.
Интегрална чувствителност фоторезист силно зависи от температурата. С повишаване на температурата на неразделна чувствителността е драстично намалена поради увеличава равновесната концентрация на носители на заряд и вероятността от рекомбинация на излишните носители, които възникват, когато светлина, което води до намаляване на фототока.
Увеличаването на концентрацията на носител с увеличаване на температурата води до увеличаване на тъмно ток. В тази връзка, в някои случаи, когато фоторезист висока чувствителност се прилага охлаждане. Интегрална чувствителност фоторезист достига стойност от 4 А / LM.
Тъй като връзката между тока и напрежението е линейна, чувствителността на входните параметри на специфичен фоторезист. Специфичната чувствителността е съотношението на фототока на светлинния поток, при условие, че приложеното напрежение се равнява на photoconductors 1:
По този начин, специфичен чувствителността намалява с увеличаването на светлинен поток. Понякога характеристики на чувствителност на фотоклетката е удобен за използване на относителната промяна на съпротива
или множество параметър промяна резистентност представлява съотношение на тъмно съпротивлението на съпротивлението Rt осветление / RSV. където Rt - тъмно устойчивост; RSV - съпротивление при осветяване Е.
Очевидно е, че големият брой се увеличава промени съпротивлението с увеличаване на осветление, тъй като резистентност RSV намалява и Rt остава непроменена. Следователно, стойността на множество е показана при определени осветление. Например, когато осветеност е 200 х пъти промени в съпротивлението за Фоторезистор на оловно-сулфид е единство и за сяра кадмий достигне 10 май .Spektralnaya стойност фоторезист чувствителност се определя от фототока или неговата photoconductivity при осветяване единица светлинен поток на определена дължина на вълната. На ris.7.1.3 показва спектрални характеристики на кадмий сулфидни фоторезистори. Максималната настъпва при дължина на вълната, съответстваща на необходимото за прехвърляне на електрони лента проводимост енергия. Ако проводникът е легиран с примеси, след това всеки примес в графиката съответства на максималната си.
Следователно, например, сяра кадмий фоторезистори имат максимална чувствителност в червено и близката инфрачервена област на спектъра, сяра резултата - в инфрачервената област. Тъй като много полупроводникови максимална ширина е значителна, чувствителността на най фотопроводящи достатъчно високо широк диапазон на дължина на вълната (на практика от инфрачервения на рентгенови лъчи).
С увеличаване на температурата виж спектрална характеристика варира. Тя може да бъде изместен в дългосрочен вълна, и регион кратко дължина на вълната на спектъра. Това е така, защото разликата група може да бъде увеличен, и може да се намали с температура.
Праг чувствителност характеризира минимален светлинен поток във веригата създава Фоторезистор електрически сигнал, обикновено 2-3 пъти шум Фоторезистор напрежение.
С намаляване на праговите температура увеличава чувствителността. Следователно дълбоко охлаждане фоторезист се използва за постигане на висок праг на чувствителност. Охлаждането се извършва криогенни течности или охлаждащи устройства. Имайте предвид, обаче, че охлаждането се намалява Bandgap настъпва спектрална чувствителност максимуми преминаване към по-дълги дължини на вълната.
Както вече бе отбелязано, фототок достигне максималната си стойност до известно време след началото на облъчване. По същия начин, само след известно време престава след прекратяване на осветление фототок. По този начин, фототок не разполага с време, за да следват промените в осветлението. Това се дължи на ограничен възход и падение пъти на излишните носители, които се определят от живота на малцинствените носители в полупроводниковия материал. От друга страна, времето на живот на малцинствата превозвачи, поради големия брой на капани в полупроводника на поликристален. Капани улавят превозвачи, когато светлината и да ги освобождават след изключване.
Константата на инерцията време характеризира фоторезист # 964;. за които фототок намалява е пъти след мигновен затъмнение Фоторезистор. Инерцията на въздействието върху Фоторезистор когато падне модулирана светлина. С увеличаване на честотата на захранващия модулация на фототок ще намалее. Фоторезистор времеконстанта достига стойност от 10 -7 S (за оловно-сулфидни фоторезистори). Повечето инерционни сулфид-кадмиеви фоторезистори. С увеличаване на излъчване и час температурата постоянно намалява. За фотопроводящи характеристика, че водещите и зад фототока могат да се различават значително.
Термични свойства на Фоторезистор открива температурен коефициент на фототока (TCP), изразено в% тегло / обем S. Стойността на TKF определя от температурната зависимост на фототока в определено напрежение и осветление.
За максимално допустимите режими на фоторезист включва: Umah - максимално работно напрежение при които няма необратими промени в структурата на фоторезист; Pmah - максимална мощност разсейване при която фотоклетката е приложима за гарантиран срок на експлоатация. Излишният разход на енергия води до превишаване на допустимата температура и необратими промени фотопроводими свойства. С увеличаване на температурата на околната среда, максимално допустимата сила намалява линейно.
Фоторезистор особен процес на стареене. Той е постепенното намаляване на омическото съпротивление, промяната на увеличението на фототока и чувствителност. Този процес продължава за няколко стотин часа, след което параметрите се стабилизират.
Помислете Фоторезистор устройство (ris.7.1.4). На изолационен субстрат от стъкло, слюда, керамичен метален слой се нанася 1 - злато, сребро или платина. Металният слой се нарязва прорез да се разделят на две електрически изолирани електрод 2. След това металната повърхност се нанася върху полупроводников слой 3. За да се защитят срещу външни влияния фотоклетка покритие слой лак или епоксидна смола 4, само светлопропускащи обхвата на желаната област, и са монтирани в метална или пластмасова корпус, който е оборудван с щифтове или тел завършва за включване в диаграмата. За проникване на светлина, тялото има прозорец, разположен върху полупроводниковия слой. За използване в чипове, както и за случаите, когато има специални изисквания към размерите на оборудването, фоторезист произвеждат без рамки дизайн. Конструкции Фоторезистор предвиждат включване във веригата чрез контакти налягане (FS-R0), чрез включване в конвенционалния панел (FS-K1) чрез запояване (FS-К7), например, за включване в схема мост. Фоторезисти предназначени за използване в условия на висока влажност се запечатват жилища.
Материал за фоторезисти служи като оловен сулфид, кадмиев сулфид Съединението, бисмут и т.н. като свойствата на полупроводници. Semiconductor слой трябва да бъде тънък, така че относителната промяна в проводимостта е толкова голям, колкото е възможно. Това е така, защото увеличението на проводимост е само в повърхностните слоеве, където абсорбирането на светлина и на разстояние не повече от дължината на дифузия на носители, които дифундират освободените носители на заряд. фоторезист на полупроводникови слой се получава чрез изпаряване във вакуум, пресоване и синтероване на прахове от полупроводников тънки плочи, химически охлаждане на производителя на единичен кристал вафла. След нанасяне на полупроводниковата пластина се пече на въздух или друг съдържащ кислород атмосфера. Тази обработка има голямо влияние върху характеристиките на фотоклетката. Естеството и характера на топлинната обработка зависи от спектралната чувствителност на соларната клетка. За работа в инфрачервената област на спектъра са фоторезисти тип DAF и JAF и да работят в областта на видимата светлина FGC. Ако фоторезисти трябва да бъдат инсталирани в близост до източника на светлина, докато се използват фоторезист, полупроводниковата слой, който само отразената светлина пада. Определяне photoconductors съставени от букви FS и SF (Фоторезистор), следвани от буква или число охарактеризиране на състава на полупроводников материал и клирънс дизайн (А - PBS, К - CD, Т - капсулиран дизайн).
Поради простотата и надеждност, висока чувствителност и малки размери фотопроводими намери широк и разнообразен приложение в различни области на техниката. Те могат да бъдат използвани като фотоволтаични клетки, измервателни устройства, фотоволтаични релета и регулатори. Някои фоторезистори (FC-k0, К1-FS, FC-R6) имат голям допустим разход на енергия (от порядъка на 10-30 Watt) и имат високо работно напрежение (над 100 V). Били намери широко приложение в фотопроводими фотоелектрически измервателни устройства за измерване на интензивността и спектрален състав на радиация, за измерване на различни оптични характеристики (коефициент на отражение, индекс на пречупване, оптична плътност) за измерване на деформациите неавтоматично по ред и други.
Може да се отбележи още обхват фотопроводящи предаване тръби -fotoelektricheskie преобразуватели телевизионни, оптични изображения fotoelektrolyuministsentnye усилватели, усилватели и photocompensation възли стабилизатори DC и сътр.
photoconductors Предимствата включват висока интегрална чувствителност дълъг от чувствителността на някои вакуум фотоклетки 10 5 пъти, значително разсейване на мощност, което прави възможно да се контролира електрическа верига мощност от няколко вата, малки размери и тегло, дълъг живот, високи свойства на стабилност, лекота на технологиите производството им.
Недостатъци на photoconductors са инерция, температурната зависимост на фотопроводящи ограничаване работа в широк температурен интервал, нелинейна зависимост от фототока на интензитета на облъчването, значително разпространение на параметри от photoconductors от същия тип.