Фоторезисторы. 
Понятие полупроводников

Опыты показывают, что электрическое сопротивление полупроводниковых кристаллов изменяется не только при их нагревании, но и при освещении. При увеличении освещения электрическое сопротивление полупроводниковых материалов уменьшается: Это означает, что энергия, необходимая для освобождения электронов и дырок, может быть передана им светом, падающим на кристалл. Приборы, в которых используется свойство полупроводниковых кристаллов изменять свое электрическое сопротивление при освещении светом, называются фоторезисторами. Фоторезисторы изготавливаются в виде тонких слоев полупроводникового вещества, нанесенных на подложку изолятора. Материалами для изготовления фоторезисторов служат соединения типа CdS, CdSe, РbS и ряд других.

Свойства р — n-перехода. Полупроводниковые приборы являются основой современной электронной техники. Они применяются в радиоприемниках и телевизорах, микрокалькуляторах и электронных вычислительных машинах. Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на использовании свойств р — n-перехода.

Для создания р — n-перехода в кристалле с электронной проводимостью нужно создать область с дырочной проводимостью или в кристалле с дырочной проводимостью — область с электронной проводимостью.

Такая область создается введением примеси в процессе выращивания кристалла или введением атомов примеси в готовый кристалл. Через границу, разделяющую области кристалла с различными типами проводимости, происходит диффузия электронов и дырок (рис. 4, а).

Диффузия электронов из n — полупроводника в p — полупроводник приводит к появлению в электронном проводнике нескомпенсированных положительных ионов донорной примеси, в дырочном полупроводнике рекомбинация электронов с дырками приводит к появлению нескомпенсированных зарядов отрицательных ионов акцепторной примеси (рис. 4, б). Между двумя слоями объемного заряда возникает электрическое поле. По мере накопления объемного заряда напряжённость поля возрастает, и оно оказывает всё большее противодействие переходам электронов из n-полупроводника в p-полупроводник или дырок из p-полупроводника в n-полупроводник. Электронно-дырочный переход, или сокращенно p-n переход, является границей, разделяющей области с дырочной (р) и электронной (п) проводимостями в одном монокристалле.

Пограничная область раздела полупроводников с различным типом проводимости в связи с уходом свободных электронов и дырок практически превращается в диэлектрик.

Между областями с различным типом проводимости объемные заряды ионов создают напряжение U_к; его значение для германиевых р — n-переходов равно примерно 0,35 В; для кремниевых — около 0,6 В.

Если к р — n-переходу приложено напряжение знаком плюс на область с электронной проводимостью, то электроны в n-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике удаляются внешним полем от запирающего слоя в разные стороны, увеличивая его толщину. Сопротивление р — n-перехода велико, сила тока мала и практически не зависит от напряжения. Этот способ включения диода называется включением в запирающем или в обратном направлении. Обратный ток полупроводникового диода обусловлен собственной проводимостью полупроводниковых материалов, из которых изготовлен диод, т. е., наличием небольшой концентрации свободных электронов в p-полупроводнике и дырок в n-полупроводнике.

Если к р — n-переходу приложено напряжение знаком плюс на область с дыр очной проводимостью и знаком минус на область с электронной проводимостью, то переходы основных носителей через р — n-переход облегчаются. Двигаясь навстречу друг другу, основные носители входят в запирающий слой, уменьшая его удельное сопротивление. Сила тока через диод в этом случае при напряжениях, превышающих U_к, ограничивается лишь сопротивлением внешней электрической цепи. Этот способ включения диода называется включением в пропускном или в прямом направлении.

Способность р — n-перехода пропускать ток в одном направлении и не пропускать его в противоположном направлении используется в приборах, называемых полупроводниковыми диодами, для преобразования переменного тока в постоянный, точнее в пульсирующий, ток.

Достоинством полупроводникового диода являются малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность, высокий коэффициент полезного действия, а недостатком — зависимость их параметров от температуры.