6. Yarımkeçirici fotoelektron cihazlar

Fotorezistor. İşığın yarımkeçirici materialda məxsusi və aşqar udulması zamanı əlavə tarazsız yükdaşıyıcıları yaranır və yarımkeçiricinin keçiriciliyi artır (müqaviməti azalır). Bu hadisədən istifadə olunan yarımkeçirici rezistorlar fotorezistor adlanır (şək.5.3).

Şək.5.3.
Fotorezistorlar əsasən CdS, CdSe, PbS və PbSe materiallarından hazırlanır. İşıq kvantlarının təsirilə yarımkeçirici materialda əlavə elektron-deşik cütlərinin yaranması üçün fotonun enerjisi (h) yarımkeçiricinin qadağan zolağının enerjisindən (E_g) böyük olmamalıdır, yəni h E_g. Yarımkeçiricilərin qadağan zolağının eni fərqləndiyindin, onların fotokeçiriciliyi spektrin müxtəlif hissələrində müşahidə olunur. Başqa sözlə, müxtəlif fotorezistorlar spektrin müxtəlif hissələrində fotohəssasdır.


F otorezistorların əsas xarakteristikası fotocərəyanın (işığın təsirilə yaranan əlavə cərəyan) işıqlanmadan (E) asılılıq əyrisidir (şək.5.3.). Buna lüks-amper xarakteristikası deyilir. Lüks–amper xarakteristikası fotorezistora tətbiq olunan gərginliyin sabit qiymətlərində çıxarılır. Göründüyü kimi, tətbiq olunmuş gərginliyin qiyməti artdıqca fotocərəyanın qiyməti artır. Fotorezistorların əsas parametrləri nominal qaranlıq müqaviməti (onun qiyməti 100-lərlə kOm olur) və cərəyana görə inteqral həssaslığıdır – S=I_f /F, Burada I_f – fotocərəyan, F- işıq selidir (ölçü vahidi–Vt və lümen:Lm). Fotorezistorlar aşağı tezliklərdə işləyir və nisbətən ətalətli cihazlardır.
Fotodiod. Fotodiod (FD) işıq kvantlarına həssas olan yarımkeçirici dioddur (şək.5.5).

Şək.5.5.
İşığın təsirilə p-n keçid və onun yaxınlığında əlavə elektron-deşik cütləri yaranır və p-n keçiddəki elektrik sahəsi onları ayırır: elektronlar n-hissəyə, deşiklər isə p-hissəyə keçir. Əgər p-n keçid xarici dövrəyə birləşdirilmişsə, onda p-n keçid dövrəsindən əks istiqamətdə cərəyan axır və keçidin əks cərəyanı artır.

Əgər p-n keçid dövrəsi açıqdırsa, onda tarazsız əsas yükdaşıyıcıların uyğun hissələrə yığılması nəticəsində p-n keçidin potensial cəpəri böyüyür, yəni fotoelektrik hərəkət qüvvəsi meydana çıxır. Beləliklə, p-n keçidli fotoelektrik cihazı həm xarici elektrik mənbəyi, həm də onsuz işləyə bilir. Xarici mənbə ilə işləmə rejimi fotodiod rejimi (bu halda p-n keçid əks istiqamətdə qoşulur), xarici mənbəsiz iş rejimi isə fotoqenerator və ya fotoelement rejimi adlanır. Fotoelementlər günəş batareyalarında tətbiq olunur.
Fotodiod, müxtəlif işıq selləri üçün çıxarılmış VAX ailəsilə xarakterizə olunur. İşıq seli sıfır olduqda (F=0) VAX adi diodun əyrisidir və koordinat başlanğıcından keçir. F0 olduqda əyrilər aşağı və sağa doğru sürüşür. Əyrilərin III rübdə yerləşən hissəsi fotodiod rejiminə, IV rübdə yerləşən hissəsi isə fotogenerasiya rejiminə uyğundur. Əyrilərin ordinat oxu ilə kəsişmə nöqtələri qısa qapanma cərəyanı (I_q.q), absis oxu ilə kəsişmə nöqtələri isə açıq dövrə gərginliyi (U_a.d.) adlanır.
Fotodiodlar Ge, Si və GaAs-dən hazırlanır. Fotodiodlar fotorezistorlara nisbətən cəldişləyən cihazlardır. Onlar 10⁷10⁹ Hs tezliklərdə işləyə bilir.
Fototranzistor. Fototranzistor öz quruluşu ilə adi bipolyar tranzistordan onunla fərqlənir ki, burada baza təbəqəsi işıqlandırıla bilər. Fototranzistor dövrəyə ÜE sxemi üzrə qoşulur və I_b=0 götürülür, yəni baza çıxışı açıq olur.

Şək.5.6.
Bazanı işıqlandırdıqda, orada elektron-deşik cütləri yaranır. Qeyri-əsas daşıyıcılar kollektor və emitter keçidlərinin elektrik sahəsi vasitəsilə kollektor və emitter təbəqələrinə keçir və kollektor dövrəsindən, fotodiodda olduğu kimi, I_f fotocərəyanı axır. Əsas daşıyıcılar (deşiklər) bazada qalaraq emitter keçidinin potensial çəpərinin hündürlüyünü azaldır. Bu isə emitterdən bazaya injeksiya cərəyanını artırır. Nəticədə, kollektor cərəyanı əlavə artır. Beləliklə, fototranzistor fotocərəyanı həm də, gücləndirir.

Fototranzistorun çıxış xarakteristikaları ÜE sxemli tranzistorun xarakteristikaları ilə eynidir. Lakin burada I_b cərəyanları əvəzinə müxtəlif işıq selləri götürülür.