Фотодиоды

Основные принципы

Преобразование оптического сигнала в электриче­ский осуществляется детекторами излучения, исполь­зующими различные физические эффекты. Мы опи­шем три типа детекторов излучения, наиболее часто применяемых в оптических датчиках, а именно фо­тодиоды, фоторезисторы и приемники теплового излу­чения (ИК-датчики).

При облучении кремниевых фотодиодов светом в них возникает напряжение, определенным образом зависящее от силы света. Эффект, вызывающий воз­никновение этого напряжения, называется внутрен­ним фотоэффектом.

На практике чаще всего применяют pin -диоды. Эти диоды имеют слоистую структуру (рис. 8.0.1), в которой тонкие проводящие слои р- и n-типа разде­лены областью нелегированного высокоомного крем­ния (i). При попадании на pi -переход световых лу чей достаточно высокой энергии (Е = hv) возникает фототок I _sh, (ток короткого замыкания) порядка 0,1...1 А/Вт. Чувствительность такого фотодиода очень сильно зависит от длины волны (цвета) ис­пользуемого излучения. На рис. 8.0.2, а представлена спектральная чувствительность типичной кремниевой фотоячейки в диапазоне длин волн от 200 нм до 1,2 мкм (1200 нм).

Обозначенная здесь через Q. Е. квантовая эффек­тивность характеризует отношение числа фотонов, попавших на диод, к числу электронов, возникших в виде фототока I _sh -

Фототок I _sh изменяется линейно в зависимости от интенсивности падающего света при ее изменении в пределах более 6 порядков, так что возможна пря­мая индикация интенсивности света.

Фоторезисторы

У некоторых материалов (например, CdS, CdSe, PbS, PbSe) электрическое сопротивление изменяется под действием света из-за образования электронно-дырочных пар. Возникающие при этом свободные но­сители заряда вызывают резкое снижение сопротив­ления. На рис. 8.0.7 показана зависимость сопротив­ления такого датчика при различной освещенности (измеренной в люксах). В зависимости от силы света оно изменяется от 100 до 1 кОм. Спектральная чув­ствительность (рис. 8.0.8) определяется выбором материала. Так, CdS обладает максимальной чувстви­тельностью в зеленой области спектра и поэтому осо­бенно пригоден для применения в измерителях осве­щенности. В противоположность этому максимум спектральной чувствительности CdSe находится в красной области, а у фоторезисторов из PbS/PbSe — даже в ИК-области.

Конструкция промышленного фоторезистора по­казана на рис. 8.0.9. Он состоит из тонкой пленки светочувстви­тель­но­го материала (CdSe/CdS) в фор­ме меандра. Этот фото­проводящий слой, расположен­ный на керамической основе с соединительными про­водами, для защиты от влаги и грязи покрыт слоем прозрачного полимера. На рис. 8.0.9 показаны также наиболее распространенные конструктивные формы, обеспечивающие разнообразие возможностей приме­нения фоторезисторов.

Дата добавления: 2015-05-09