Фотодиоды

Светодиоды

Светодиоды, фотодиоды, варикапы, стабилитроны.

Светодиодом, или излучающим диодом, называется полупроводниковый диод, излучающий кванты света при протекании через него прямого тока.

По характеристике излучения светодиоды разделяются на две группы:

· светодиоды излучением в видимой части спектра;

· светодиоды с излучением в инфракрасной части спектра.

Схематическое изображение структуры светодиода и его УГО представлено на рисунке:

Областями применения светодиодов ИК–излучения являются оптоэлектронные устройства коммутации, оптические линии связи, система дистанционного управления. Наиболее распространенный в настоящее время инфракрасный источник – это светодиод на основе GaAs(λ = 0,9 мкм). Возможность создания экономичных и долговременных светодиодов, согласованных по спектру с естественным освещением и чувствительностью человеческого глаза, открывает новые перспективы для их нетрадиционного использования. Среди них использование светодиодов в транспортных многосекционных светофорах, индивидуальных микромощных лампочках освещения (при мощности 3 Вт световой поток составляет 85 лм), в осветительных приборах автомобилей.

В фотодиодах на основе p-n-переходов используется эффект разделения на границе электронно-дырочного перехода созданных оптическим излучением неосновных неравновесных носителей. Схематически фотодиод изображен на рисунке:

При попадании кванта света с энергией hγ в полосе собственного поглощения в полупроводнике возникает пара неравновесных носителей – электрон и дырка. При регистрации электрического сигнала необходимо зарегистрировать изменение концентраций носителя. Как правило, используется принцип регистрации неосновных носителей заряда.

При разомкнутой внешней цепи (SA разомкнут, R = ∞) для случая, когда внешнее напряжение отсутствует, ток через внешнюю цепь не протекает. В этом случае напряжение на выводах фотодиода будет максимальным. Эту величину V_G называют напряжением холостого хода V_xx. Напряжение V_xx(фото ЭДС) можно также определить непосредственно, подключая к выводам фотодиода вольтметр, но внутреннее сопротивление вольтметра должно быть много больше сопротивления p-n–перехода. В режиме короткого замыкания (SA замкнут) напряжение на выводах фотодиода V_G = 0. Ток короткого замыкания I_кз во внешней цепи равен фототоку I_ф

I _кз = I _ф

На рисунке показано семейство ВАХ фотодиода как при отрицательной, так и при положительной полярности фотодиода.

При положительных напряжениях V_G ток фотодиода быстро возрастает (пропускное направление) с увеличением напряжения. При освещении же общий прямой ток через диод уменьшается, так как фототок направлен противоположно току от внешнего источника.

ВАХ p-n-перехода, располагаясь во 2 квадранте (V_G > 0, I < 0), показывает, что фотодиод можно использовать как источник тока. На этом базируется принцип работы солнечных батарей на основе p-n-переходов (режим фотогенератора). Световая характеристика представляет собой зависимость величины фототока I_ф от светового потока Ф, падающего на фотодиод. Сюда же относится и зависимость V_xx от величины светового потока. Количество электронно-дырочных пар, образующихся в фотодиоде при освещении, пропорционально количеству фотонов, падающих на фотодиод. Поэтому фототок будет пропорционален величине светового потока:

I _ф = кФ,

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров фотодиода.

При обратном смещении фотодиода ток во внешней цепи пропорционально световому потоку и не зависит от напряжения V_G (режим фото-преобразователя). Фотодиоды являются быстродействующими приборами и работают на частотах 10⁷- 10¹⁰ Гц. Фотодиоды широко применяются в оптопарах "cветодиод-фотодиод"

Дата добавления: 2015-05-06