ФОТОДИОДЫ

Основным элементом фотодиода (ФД) есть p-n-переход. При освещении его происходит генерация електронно-диркових пар. Электрическое поле перехода разделяют неуравновешенные носители заряда. Ток, образованный этими носителями, совпадает по направлению с обратным током p-n-перехода. p-n-переход как фотоприемник применяется в двух режимах – фотодиодному и режиме генерации фотоерс (вентильному) (рис. 1.2). В первом случае на диод подается обратное напряжение и ток через структуру является функцией интенсивности света. Во второму случая p-n-переход сам используется в качестве источника ЕРС или тока.

1.2. Схемы включения диода в фотодиодному (а) и фотовентильному (б)

режимах

Фотодиодний режим использования p-n-переходив и других аналогичных структур имеет определенные преимущества по отношению к фотовентильному: высокое быстродействие, лучшее стабильность характеристик, большой динамический диапазон линейности характеристик, повышенная фоточувствительность в длинноволновой области. Недостаток фотодиодного режима связан из темновим током, который проходит через прибор при обратном сдвиге при отсутствии излучения. В опоре нагрузки создается напряжение сдвига, значение которой експоненциально зависит от температуры. Избыточный шум и шум, обусловленный температурными колебаниями напряжения сдвига, исчезают, если диод находится при нулевом сдвиге. Поэтому фотовентильный режим может оказаться лучшим от фотодиодного. Энергетические характеристики фотоэлементов близкие к линейному при малых сопротивлениях нагрузке и являются логарифмическими (зависимость фотоответа от интенсивности засвитки) при большой нагрузке.

Типичная структура фотодиода и его вольт-амперная характеристика (ВАХ) показанные на рис. 1.3.

1.3 ВАХ фотодиода (a) и его структурная схема (б).

Оценим размер фототока для простого случая, когда излучение поглощается в n-области и интенсивность света постоянная по толщине ( << 1). Здесь – ширина базы. При обратном сдвиге процесс переноса генерированных светом носителей заряда не отличается от переноса уравновешенных носителей в баз-n-базе. Для определения фототока можно воспользоваться формулой для обратного тока p-n-перехода, которая для случая pp>>nn имеет вид:

И_нас= gslppn / _p.

Это cтрум неуравновешенных носителей заряда, которые генерируются с темпом pn/ _p в пласте базы шириной, равной длине диффузии неосновных носителей (дырок) Lp. По аналогии фототок

И_ф= qs( р/p) ,

где p – концентрация генерированных светом носителей. Поскольку << Lp, то

подставляя p = _pФ, получаем:

И_ф = q SФ = qc SФ (1.1)

Здесь S – площадь свитлоприйомної поверхности; c = – безразмерный коэффициент, который характеризует частицу излучения, которое поглощается в базе. У фотодиодов на основе p-n-перехода есть много преимуществ, главным из которых есть малая инерционность.