N P Điện cực I I 1 2 V
20
+ Trong chế độ hở mạch (khơng có nguồn điện cấp vào cấu trúc PN) và chiếu sáng vào tiếp xúc PN, dòng điện trong mạch chính I = 0, từ cơng thức (1.14), suy ra quan hệ giữa hiệu điện thế hở mạch trên cấu trúc (U) và dòng hạt tải I phát sinh bên trong cấu trúc do bị chiếu sáng:
U kTLn1 I q IS (1.15)
Phương trình (1.15) biểu diễn định lượng hiệu ứng: một điện áp được sinh ra trên cấu trúc PN khi nó bị chiếu sáng.
Ví dụ một số vật liệu dùng làm cảm biến quang thế: GaAs (dải khả kiến và dải UV), Si (dải 190-1100 nm), Ge (dải 800-1700 nm), InGaAs (dải 800-2600 nm), PbS (dải 1000-3500 nm)…
Chế tạo cảm biến quang thế dựa trên công nghệ vật liệu nano hứa hẹn hiệu suất chuyển đổi rất cao. Ví dụ cảm biến nano CdTe và Cu-In-Ga-Se có thể đạt hiệu suất chuyển đổi hơn 19%.
Thiết bị quang thế được sử dụng rộng rãi trong: máy phân tích ảnh phổ, quan trắc tia bức xạ, pin mặt trời, hệ tự động điều chỉnh ánh sáng trong các tòa nhà…
1.4.2 Cảm biến quang dựa trên hiệu ứng quang dẫn
Hiệu ứng quang dẫn là hiệu ứng thay đổi tính chất dẫn điện của vật liệu bán dẫn khi có chùm photon tác động vào nó. Khi ánh sáng kích thích đủ năng lượng, các hạt tải điện tự do được sinh ra, mật độ hạt tải tăng làm tính dẫn điện của vật liệu tăng lên. Hiệu ứng này được sử dụng để chế tạo các cảm biến bức xạ điện từ, điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR-Light Dependent Resistor), quang điện trở…trong các thiết bị nhậy quang.
Các vật liệu Ge, Si tinh khiết (hoặc được pha tạp Au, Cu, Sb, In) hay CdS, CdSe, InSb, CdHgTe…có hiệu ứng quang dẫn rõ rệt. Độ mạnh yếu của hiệu ứng phụ thuộc vào trị số điện trở tối và thời gian sống của hạt tải bị kích thích khi chiếu sáng mẫu. Trong thực tế, hai vật liệu CdS, CdSe được dùng phổ biến để chế tạo cảm biến và thiết bị đo quang dẫn. Cảm biến chế tạo từ CdS có dải thay đổi điện trở rộng
từ vài Ω (khi được chiếu sáng mạnh) tới vài MΩ (khi để trong bóng tối). Nó có khả năng cảm nhận trong một dải rộng tần số photon bao gồm: vùng ánh sáng khả kiến, vùng hồng ngoại, vùng tử ngoại. Có thể sử dụng phần tử quang trở để chuyển đổi xung quang thành xung điện như trên hình 1.17.
`