ФОТОРЕЗИСТОР НА ОСНОВЕ МОНОКРИСТАЛЛА CdS С ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ, СВЕРХЛИНЕЙНО ВОЗРАСТАЮЩЕЙ С РОСТОМ РАБОЧЕГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к оптоэлектронным устройствам и может быть использована для изготовления фоторезисторов на основе кристаллов CdS. Устройство также может быть использовано как управляющее устройство сложных оптоэлектронных приборов.
Известен близкий по технической сущности к предлагаемому фоторезистор на основе InSb, содержащий соединенные слоем диэлектрического клея сапфировую подложку и пластину монокристаллического InSb с расположенной посередине фоточувствительной площадкой и металлическими контактами на периферии (см. опубл. заявка Японии №61-088115, МПК G01J 1/02, опубл. 06.05.1986 г.). Устройство предназначено для работы в инфракрасном спектральном диапазоне.
Известны фотосопротивления, созданные на основе кристаллов CdS, работающие в видимом спектральном диапазоне. Конструктивно, наиболее близким аналогом фотосопротивления будет фоторезистор СФ-2-9. Он основан на применении пленок полупроводника, созданных спеканием поликристаллов (Большаков Н., Радио, №12, 1969, с. 53).
Для промышленных фоторезисторов на основе кристаллов сульфида и селения кадмия (CdS, CdSe) она линейно возрастает с ростом приложенного электрического поля, что обусловлено линейной по полю зависимостью коэффициента усиления фотоприемника и постоянством скорости межзонной фотогенерации носителей тока в области его рабочих напряжений.
Общим недостатком этих устройств является линейная по полю зависимостью коэффициента усиления фотоприемника, что ограничивает рабочий диапазон фоточувствительности данных устройств (а именно соотношение максимального к минимальному значений фоточувствительности).
В области «примесных» переходов линейная зависимость фоточувствительности от поля может нарушаться за счет влияния приложенного электрического поля на скорость генерации носителей тока, например, за счет эффекта Пула-Френкеля.
Задача полезной модели заключается в создании фотосопротивления на основе кристаллов CdS с фоточувствительностью сверхлинейно возрастающей с ростом приложенного поля. Данное фотосопротивление может служить в качестве управляющего элемента сложных оптоэлектронных приборов с более широким диапазоном фоточувствительности, задаваемым рабочим напряжением на фоторезисторе.
Технический результат проявляется при освещении устройства, результатом которого будет, что увеличение тянущего напряжения приводит к спектрально-неоднородному изменению фоточувствительности полупроводника: с его ростом фоточувствительность в коротковолновой (собственной) области спектра возрастает линейно, а в длинноволновой («примесной») области ДМ1 - сверхлинейно. В результате при достаточно больших напряжениях максимум ДМ1 возрастает настолько, что он становится доминирующим в спектре.
Наблюдаемые эффекты сверхлинейного роста и спектрального смещения дополнительного максимума фототока ДМ1 с ростом напряжения хорошо объясняются, если принять, что максимум ДМ1 формируется фототермическими переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости через мелкие донорные уровни. Эти эффекты являются следствием полевой зависимости как скорости термической ионизации мелких центров за счет эффекта Пула-Френкеля, так и числа донорных центров, участвующих в формировании максимума ДМ1.
-9
-4
Данный технический результат достигается созданием фоторезистора на основе монокристалла CdS, с фоточувствительностью, сверхлинейно возрастающей с ростом рабочего напряжения, состоящий из круглого, полого металлического корпуса, монокристалла CdS, наклеенного на изолирующей подложке, которая, в свою очередь, приклеивается в центре дна корпуса, из прозрачного для видимого света окошка, из электрических выводов, расположенных рядом с торцевыми гранями полупроводника. При этом в данном устройстве используют монокристалл CdS, фотоэлектрические свойства которого зависят от прикладываемого к нему напряжения (фоточувствительность кристалла CdS сверхлинейно возрастает с ростом тянущего напряжения). Причем спектральный диапазон фоточувствительности полупроводника составляет 510-530 нм., а токи, текущие через полупроводник варьируются в диапазоне 10-10 А, рабочие напряжения регулируются в интервале от единиц вольт до нескольких сотен вольт.
На фиг. 1 представлен чертеж фотосопротивления, вид сбоку.
На фиг. 2 представлен чертеж фотосопротивления, вид сверху.
Корпус фотосопротивления представляет собой металлический диск (1), диаметром около 10 мм и высотой 4 мм с полостью внутри, в которую и устанавливается рабочее тело (полупроводник, кристалл CdS) (2), имеющий форму параллелепипеда. Кристалл (2), для исключения контакта с корпусом (1) напротив окошка (4), крепится с помощью клея на изолирующую прокладку квадратной формы (3), имеющей толщину около 1 мм, которая приклеивается на дно полости металлического диска (1). Открытое отверстие диска герметично, с помощью клея, закрывается круглым стеклянным окошком (4). К кристаллу с торцевых сторон создаются омические контакты (5) с помощью In-Ga пасты. В корпусе создаются два электрических вывода (6), изолированные от общего корпуса изолятором, и, подсоединяемые к In-Ga пасте на полупроводнике с помощью гибких, тонких проводников. Выводы (6) расположены рядом с торцевыми сторонами полупроводника, на которые нанесена In-Ga паста.
Устройство работает следующим образом.
Световое излучение, пройдя сквозь окошко 4, возбуждает полупроводник 2. За счет внутреннего фотоэффекта в полупроводнике 2 создаются дополнительные носители электрического заряда, вызывающие падение его сопротивления, и, соответственно, приводящее к увеличению тока, текущего через кристалл 2.
Таким образом, эффект засветки полупроводника, результатом которого является медленное повышение фоточувствительности кристалла в примесной области спектра (зелено-голубая область видимого диапазона), позволяет создать фотосопротивление нового типа в котором присутствует эффект со сверхлинейным на свету ростом вольт-амперной характеристикой. Такое фотосопротивление может быть использовано в качестве управляющего элемента сложных оптоэлектронных приборов с более широким диапазоном фоточувствительности (а именно соотношение максимального к минимальному значений фоточувствительности), задаваемым рабочим напряжением на фоторезисторе.