Основные характеристики и параметры фоторезистора

Вольт-амперная характеристика – это зависимость тока I через фоторезистор от напряжения U, приложенного к его выводам, при различных значениях светового потока Ф (в соответствии с рис. 6.23, в). Ток при Ф=0 называется темновым током I_T, при Ф>0 – общим током I_ОБЩ. Разность этих токов равна фототоку

I _Ф = I_ОБЩ – I_Т. (5.46)

Энергетическая характеристика – это зависимость фототока (фоторезистора) от светового потока при U = const (в соответствии с рис. 5.21, г). В области малых Ф она линейна, а при увеличении Ф рост фототока замедляется из-за возрастания вероятности рекомбинаций носителей заряда через ловушки и уменьшения их времени жизни. Энергетическая характеристика иногда называется люкс-амперной, тогда по оси абсцисс откладывается не световой поток, а освещенность Е в люксах.

Чувствительность. Для фоторезисторов чаще всего используют токовую чувствительность S, под которой понимают отношение фототока (или его приращения) к величине, характеризуюшей излучение (или его приращение). При отношении приращений чувствительность называют дифференциальной.

В зависимости от того, какой величиной характеризуется излучение, различают токовую чувствительность к световому потоку Ф: S_Ф=I_Ф/Ф; токовую чувствительность к освещенности Е

S_Е = I_Ф/Е. (5.47)

При этом в зависимости от спектрального состава излученного света чувствительности могут быть либо интегральными S_ИНТ (при немонохроматическом излучении), либо монохроматическими S_l (при монохроматическом излучении).

В качестве одного из основных параметров фоторезистора используют величину удельной интегральной чувствительности, которая характеризуют интегральную чувствительность, когда к фоторезистору приложено напряжение 1В

S_{Ф.ИНТ.УД.}=I_Ф/(ФU). (5.48)

У промышленных фоторезисторов удельная интегральная чувствительность имеет пределы десятые доли-сотни мА/(В×лм) при освещенности Е=200 лк.

Абсолютная S_абс(l) и относительная S(l) спектральные характеристики. Абсолютная спектральная характеристика представляет собой зависимость монохроматической чувствительности, выраженной в абсолютных единицах, от длины волны регистрируемого потока излучения.

Относительная спектральная характеристика является зависимостью монохроматической чувствительности от длины волны, отнесенной к значению максимальной чувствительности

S(l)=S_абс(l)/S_{l max}. (5.49)

Спектральная характеристика определяется материалом фоторезистора и введенными в него примесями. На рис. 5.21, д показаны спектральные характеристики фоторезисторов, выполненных на основе материалов: 1-CdS; 2-CdSe; 3-CdTe. Вид спектральной характеристики свидетельствует о том, что для фоторезисторов некоторых типов необходимо тщательно подбирать пару излучатель-фотоприемник.

Граничная частота-это частота ¦_гр синусоидального сигнала, моделирующего световой поток, при котором чувствительность фоторезистора уменьшается в раз по сравнению с чувствительностью при немодулированном потоке (¦_гр»10³¸10⁵ Гц).

В ряде случаев частотные свойства фоторезистора характеризуются переходной характеристикой, приведенной для полупроводника с высокой (кривая 1) и низкой (кривая 2) темновой проводимостями (в соответствии с рис. 5.22, а, б). Хотя истинная переходная характеристика обычно не является строго экспоненциальной, в большинстве случаев инерционность характеризуют постоянной времени t.

Температурный коэффициент фототока характеризует изменение параметров фоторезистора с изменением температуры

. (5.50)

Рис. 5.22. Входной сигнал (а), переходная (б) и температурная (в) характеристики фоторезистора и его условное обозначение (г)

У промышленных фоторезисторов a_Т » (-10^-3¸10^-4) град^-1. Иногда используют температурную характеристику фоторезистора, показывающую относительное изменение сопротивления при изменении температуры окружающей среды (в соответствии с рис. 5.22, в).

Пороговый поток – это минимальное значение потока Ф_П, которое может обнаружить фоторезистор на фоне собственных шумов. Определяется Ф_П как среднеквадратичное значение синусоидально-модулированного светового потока, при воздействии которого среднеквадратичное значение выходного электрического сигнала равно среднеквадратичному значению шумов фоторезистора.

ПЗС приемные фотоприборы

 

Фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ФПЗС) представляет собой фоточувствительную ИМС со структурой МДП с системой диодов, расположенных на поверхности диэлектрика так близко друг от друга, что существенным становится их взаимовлияние. Электрические поля соседних электродов перекрываются внутри кристалла полупроводника.

Электроды располагаются в виде линейки (строки) или матрицы. Типичные размеры электрода: длина 5 мкм, ширина 40 мкм. Зазоры между электродами (1÷2) мкм. Число электродов в матричном ФПЗС может превышать 10⁶.

Функционально ФПЗС – это прибор, воспринимающий изображение, осуществляющий его разложение на элементарные фрагменты, сканирование (поэлементное электронное считывание) и формирование на выходе видеосигнала, адекватного изображению.

Принцип действия ФПЗС можно пояснить, рассматривая классическую трехтактную схему управления (в соответствии с рис. 5.23).

Рис. 5.23. Трехфазная схема управления ФПЗС

Элементарная ячейка ФПЗС содержит три соседних электрода 1, 2, 3 одной строки. В течение первой фразы к электроду 2 прикладывается положительно напряжение хранения (U_ХР = (10÷20) В).

Благодаря возникающему электрическому полю основные носители дверки оттесняются в глубь полупроводника, а у поверхности образуется обедненный слой, глубиной (0,5÷2) мкм, представляющий собой потенциальную яму для электронов. Освещение поверхности порождает в объеме полупроводника электронно-дырочные пары. При этом электроны втягиваются в потенциальную яму и локализуются в тонком (около 10 нм) приповерхностном слое. Накопление электронов ведет к образованию зарядового пакета, который определяется локальной интенсивностью и временем засветки. Зарядовый пакет может относительно долго (от 1 мс до 100 мс) сохраняться, однако постепенно термогенерация электронов объемными и поверхностными ловушками приводит к искажению хранимой информации.

Во время второй фазы к электроду 3 прикладывается напряжение считывания U_СЧ, превышающее напряжение U_ХР. Вследствие близости электродов 2 и 3 барьер между ними исчезает и зарядовый пакет перетекает в более глубокую потенциальную яму. На этой фазе так происходит частичная потеря информации: часть электродов зарядового пакета рекомбинирует при взаимодействии с поверхностными ловушками, а часть пропадает вследствие неполного перетекания зарядов. Во время третьей фазы напряжение на электроде 3 уменьшается до напряжения хранения U_ХР, а с электрода 2 потенциал снимается. На электродах, к которым не приложено напряжение хранения или считывания все время поддерживается небольшое напряжение смещения. Электрод 1 в этом процессе играет роль буфера. Иначе справа от электрода 2 оказался бы электрод 3 предыдущей ячейки, и во втором такте зарядовый пакет равновероятно мог перетекать как вправо, так и влево.

Управление ФПЗС желательно осуществлять не прямоугольными, а трапециидальными импульсами, подаваемыми на электроды с небольшим временным перекрытием. В конце каждой строки имеется элемент вывода, например n+ – область под последним электродом. Вытекающий через p – n переход зарядовый пакет создает на нагрузочном резисторе выходной сигнал.

Аналогичный элемент ввода в начале строки служит для потактного введения (электрическим путем) в ФПЗС фоновых постоянных зарядовых пакетов, призванных «забить» поверхностные ловушки и ослабить их негативное действие. Фоновые заряды обеспечивают оптимальный рабочий режим (аналогично смещению используемому в электронных усилительных зарядах).

Таким образом, в ФПЗС пространственное распределение интенсивности излучения преобразуется в рельеф электрических зарядов, локализующихся в приповерхностной области. Зарядовые пакеты перемещаются от элемента к элементу, выводятся наружу и дают последовательность видеоимпульсов, адекватную полю излучения, таким образом, осуществляется стандартный телевизионный алгоритм восприятия образца.

В матричном ФПЗС весь кадр образуется одновременно, в линейных – последовательно путем дополнительной развертки по второй координате.

 

⇐ Предыдущая31323334353637383940Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: