8-ma’ruza. Fotorezistor

8-ma’ruza. Fotorezistor

Fotorezistorlarda infraqizil, ko‘rish yoki ultra binafsha nurlanish ta’sirida modda qarshiligining o‘zgarish hodisasidan foydalanishadi. Fotorezistorning asosiy elementi yoritilganda qarshiligi o‘zgaradigan yarimo‘tkazgichli plastinadir. Foto o‘tkazuvchanlik mexanizmini hosil bo‘lishini quyidagicha tushintirish mumkin. Issiqlik energiya ta’siri natijasida qorong‘ulikdagi yarimo‘tkazgichda katta bo‘lmagan miqdorda harakatchan zaryad tashuvchilar (elektronlar va kovaklar) paydo bo‘ladi. Mos holda yarimo‘tkazgich boshlang‘ich o‘tkazuvchanlikka σ₀ ega bo‘ladi hamda uni qorong‘ulikdagi o‘tkazuvchanlik deb atashadi:

(1.9)

bu yerda e – elektrod zaryadi; μ_n – elektron harakatchanligi; μ_p – kovaklar harakatchanligi; n₀ va p₀ muvozanat holatida yarimo‘tkazgichdagi harakatchan zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi.

Yorug‘lik ta’sirida harakatchan zaryad tashuvchilarning konsentratsiyasi oshadi. Bunda ularni paydo bo‘lishining turli mexanizmlari mavjuddir. Kovaklar va elektron konsentratsiyasining o‘sishi, elektromagnit nurlanishlar elektronlarning g‘alayonlashtirishi va ularni valent zonadan o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tkazishi hisobiga yuz berishi mumkin. Elektronlar valent zonadan kirishma sathiga o‘tganda faqatgina kovakli elektro o‘tkazuvchanlik oshadi. Elektronlarning kirishma sathidan o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tganda ham elektr elektr o‘tkazuvchanlik kuzatiladi. Shunday qilib, yorug‘lik bilan yoritilganda yarimo‘tkazgichda harakatchan zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi ∆n va ∆p kattalikka oshsa, uning o‘tkazuvchanligi keskin o‘sadi:

(1.10)

Yorug‘lik ta’sirida yarimo‘tkazgichlarning elektr o‘tkazuvchanligini o‘zgarishi uning fotoo‘tkazuvchanligidir:

. (1.11)

Yorug‘likning ravshanligi o‘zgarganda yarimo‘tkazgichning fotoo‘tkazuvchanligi o‘zgaradi. Nurlantiruvchi yorug‘lik oqimi ulanganda, zaryad tashuvchilarning paydo bo‘lish jarayonining jadalligi, tushayotgan jadallikka mos statsionar qiymatga tez erishmasdan, vaqt o‘tishi bilan eksponensial qonun bo‘yicha o‘sib boradi:

, (1.12)

bu yerda N – bir sekund davomida birlik yuzaga tushuvchi fotonlar soni. α – yarim o‘tkazgichga yutilgan energiyani tavsirlovchi yutilish koeffitsiyenti, η – bitta foton yutilganda hosil bo‘ladigan zaryad tashuvchilar miqdorini aniqlovchi kvant chiqishi, τ-nomuvozanatli zaryad tashuvchilarning yashash vaqti.

Nurlanish vaqti yetarli darajada katta bo‘lsa, nomuvozanatli zaryad tashuvchilar konsentratsiyasi statsionar qiymatga erishadi. Elektronlarning valent zonadan o‘tkazuvchanlik zonasiga o‘tishida (yarim o‘tkazgich tomonidan energiyaning xususiy yutilishi) elektronlar va kovaklar juft bo‘lib paydo bo‘lganda nomuvozanatli kovaklar soni nomuvozanatli elektronlar soniga teng bo‘ladi:

. (1.13)

Asosan bitta ishoradagi zaryad tashuvchilar paydo bo‘ladigan kirishmali yutilishda yoki elektronli yoki kovakli fotoo‘tkazuvchanlik o‘rinli bo‘lib, o‘tish rejimida eksponensial qonuniyat bo‘yiga o‘zgaradi:

. (1.14)

Nurlantiruvchi oqimni ulaganda va uzganda σ_f ni sekin astalik bilan o‘zgarish hodisasini fotoo‘tkazuvchanlikning relaksatsiyasi deyishadi.

Konstruktiv jihatdan fotorezistor yarimo‘tkazgich plastinasi bo‘lib, uning sirtiga elektr o‘tkazuvchi elektrod o‘tkaziladi. Fotorezistorlarning 1.17 – rasmda ko‘rsatilganidek ikkita konstruksiyasi bo‘lishi mumkin: ko‘ndalang (1.17, a – rasm) va bo‘ylama (1.17, b – rasm).

1.17–rasm. Fotorezistorlarning ko‘ndalang (a) va bo‘ylama (b) konstruksiyasi, fotorezistorning volt-amper (c), energetik (d), nisbiy spektral (e) tavsiflari.

Birinchi holatda fotorezistorga qo‘yilayotgan elektr maydon va g‘alayonlantiruvchi yorug‘lik o‘zaro perpendikulyar tekisliklarda amal qilsa, ikkinchisida bitta tekislikda amal qiladi. Bo‘ylama fotorezistorlarda g‘alayonlantirish mazkur nurlanish uchun shaffof bo‘lgan elektron orqali amalga oshiriladi. Ko‘ndalang fotorezistor chastotasi bir necha o‘n va yuzlab megagersni tashkil qiladigan deyarli ochiq qarshilikdir. Bo‘ylama fotorezistor konstruktiv o‘ziga xosligi tufayli sezilarli darajada geometrik sig‘imga ega bo‘lib, uni bir necha yuz ming gerslarda toza omik qarshilik deb hisoblashga imkon bermaydi.

Fotorezistorlar uchun boshlang‘ich material sifatida ko‘pincha talliy oltingugurti, tellur selenidi, vismut oltingugurti, qo‘rg‘oshin oltingugurti, qo‘rg‘oshin telluridi, kadmiy oltingugurti va boshqalar ishlatiladi.