7.1.Вольтамперная характеристика фотодиода
Вольтамперная
характеристика (ВАХ) фотодиода -
зависимость тока через него от величины
внешнего приложенного напряжения
определенным образом связана с уровнем
освещенности. Если p-n
переход не освещен, то ВАХ фотодиода
будет идентична соответствующей
характеристике обычного диода (график
на рис. 6.5 для
=
0).
Рис. 6.5. Вольтамперные характеристики фотодиода.
При
подаче обратного напряжения через
фотодиод будет протекать так называемый
темновой ток
,
определяемый, как и для обычного диода,
соотношением
,
где
– ток насыщения,
– температурный потенциал,
-
приложенное напряжение.
При
освещении запертого диода в объеме его
p-n перехода и прилегающих областях
станут генерироваться пары носителей.
Они будут увлекаться внешним электрическим
полем к краям полупроводниковых слоев
и через диод потечет обратный ток
где
– темновой ток,
– фототок, создаваемый носителями,
генерируемыми под действием освещенности.
Так как величина фототока пропорциональна световому потоку , то с ростом освещенности обратная ветвь ВАХ фотодиода будет смещаться вниз. Данный режим работы фотодиода (при обратном смещении p-n перехода) называется фотодиодным. Если зафиксировать обратное напряжение, то в этом режиме фотодиод может служить датчиком освещенности, так как обратный ток практически пропорционален ее величине.
При
напряжении на фотодиоде равном нулю,
что соответствует его короткому
замыканию, через внешнюю цепь будет
протекать ток
короткого замыкания
(фототок).
Когда
полярность напряжения меняется на
прямую, то внешнее электрическое поле
включается встречно с полем фото э.д.с.,
что вызывает уменьшение потока носителей
через p-n
переход и соответственно снижение
обратного тока. При некоторой его
величине, называемой напряжением
холостого хода
,
ток через диод прекратится. Численно
величина напряжения
равна разности потенциалов при освещении
разомкнутого диода, так как и в первом
и во втором случаях ток во внешней цепи
равен нулю.
С ростом отпирающей разности потенциалов, через диод потечет прямой ток, зависимость которого от напряжения аналогична соответствующей для обычного диода.
8.1.Параметры фотодиодов
Фотодиоды, используемые как датчики освещенности, работают при обратном смещении (в фотодиодном режиме). Они характеризуются следующими параметрами: максимальное обратное напряжение, – темновой ток – обратный ток затемненного фотодиода при заданной температуре и обратном напряжении, интегральная или дифференциальная чувствительность и длина волны максимума спектральной чувствительности.
Интегральная
чувствительность
определяется из соотношения
,
а дифференциальная как
.
Последний параметр
показывает, насколько изменяется
обратный ток, при изменении светового
потока на единицу.
Чувствительность фотодиода зависит от длины волны падающего света. Эта зависимость (рис. 6.6) называется спектрально характеристикой. Наличие у нее максимума объясняется действием различных механизмов поглощения электромагнитной энергии в полупроводниках и их связью с длиной волны падающего света.
Рис. 6.6. Спектральные характеристики и обозначение
фотодиода на электрических схемах.
Фотодиоды маркируются обычно буквами ФД или ФД-К, за которыми следует номер разработки.