Optoelectronică

Este o placă sau o peliculă de semiconductor cu două contacte ohmice.

Semnalul optic este absorbit şi fotonii generează purtători de sarcină în rezultatul actelor de tranziţie „bandă-bandă” sau prin intermediul nivelelor energetice ale impurităţilor.

Conductibilitatea fotorezistorilor este descrisă de relaţia:

Pragul roşu al fotosensibilităţii este determinat de relaţia:

Dacă fluxul de lumină are atunci el este absorbit de semiconductor.

Funcţionarea fotorezitorilor este determinată de trei parametri:

- Eficienţa cuantică sau de amplificare;

- Timpul de fotorăspuns;

- Fotosensibilitatea sau detectivitatea.

Să examinăm procesul de funcţionare al fotorezistorului. Fie că în primul moment de timp numărul purtătorilor de sarcină ce au fost generaţi într-o unitate de volum este În momentul de timp următor numărul lor se va micşora din cauza procesului de recombinare după legitatea:

- timpul de viaţă al purtătorilor de sarcină

- viteza de recombinare.

Dacă fluxul de lumină este constant în timp şi este distribuit uniform pe toată suprafaţa , atunci numărul total de fotoni incidenţi va fi:

, - puterea fluxului optic.

Viteza de generare a purtătorilor de sarcină este:

- grosimea fotorezistorului; - eficienţa cuantică, care este egală cu raportul numărului de perechi generate la numărul de fotoni incidenţi; - numărul de purtători de sarcină într-o unitate de volum.

Fotocurentul dintre contacte este:

- intensitatea câmpului electric în semiconductor; - viteza de derivă a purtătorilor de sarcină.

Determinăm din relaţia (2) şi o introducem în relaţia (3). Obţinem:

În momentul iniţial fotocurentul este:

Coeficientul de amplificare a curentului este:

unde

- timpul de tranziţie al purtătorilor de sarcină,

- timpul de viaţă al purtătorilor de sarcină.

Pentru cu un timp de viaţă al purtătorilor de sarcină mare şi o distanţă mică dintre contactele ohmice coeficientul de amplificare este cu mult mai mare ca 1. Timpul de fotorăspuns este egal cu timpul de tranziţie

Din cauză că la fotorezistori distanţa dintre contactele ohmice este mare, iar câmpurile electrice prezente sunt mici, timpul de fotorăspuns este mult mai mare ca la fotodiode.

Capacitatea de detecţie (detectivitatea) se determină de relaţia:

; ,

unde - gradul de modulare al frecvenţei, - intensitatea semnalului optic; - aria suprafeţei fotorezistorului; - banda de transparenţă a frecvenţelor.

Exemplu: Pentru cea mai mare sensibilitate o posedă CdS. Pentru se utilizează HgCdTe.

În tabelul 1 de mai jos sunt prezentate lărgimile benzilor energetice interzise şi pragul roşu a fotoconducţiei (fotosensibilităţii) pentru cele mai utilizate materiale semiconductoare.

Tabelul 1

Materialul , eV

Caracteristicile fotorezistoarelor

1. Caracteristica curent-tensiune

Sunt simetrice în raport cu originea axelor de coordonate, deoarece rezistenţa lor nu depinde de polaritatea tensiunii aplicate. De obicei, se construiesc fotorezistoare numai pentru o polaritate a tensiunii aplicate.