Основные характеристики фотодиодов

1. Вольт-амперная характеристика — это зависимость тока , протекающего через фотодиод от напряжения , приложенного к его выводам при фиксированном значении светового потока.

Типичная ВАХ фоторезистора приведена на рисунке 18.8.

В общем случае при любой полярности ток фотодиода описывается выражением: . Это выражение представляет собой зависимость тока фотодиода от напряжения при разных значениях светового потока .

На рисунке 8 квадрант I — это не рабочая область для фотодиода: здесь к p-n-переходу приложено прямое смещение.

Рисунок 13.8 — ВАХ фотодиода

Диффузионная составляющая при прямом смещении полностью подавляет фототок (). Фотоуправление током через фотодиод становится невозможным.

Квадрант III — это фотодиодный режим работы. К p-n-переходу приложено обратное смещение. Следует отметить, что фототок практически не зависит от обратного напряжения и сопротивления нагрузки. При заданном потоке излучения фотодиод является источником тока по отношению ко внешней цепи (фотодиод и резистор соединены последовательно и следовательно через них будет протекать одинаковый ток ). Значения тока от параметров внешней цепи () практически не зависят.

Квадрант IV — это фотогальванический режим работы. По точкам пересечения ВАХ с осью напряжения можно определить значения фото-ЭДС при различных потоках . Для фотодиодов на основе типичные значения фото-ЭДС составляют прядка 0.5-0.55 В. При заданном значении тока по ВАХ фотодиода можно выбрать оптимальный режим работы в фотогальваническом режиме. Под оптимальным режимом понимают выбор такого сопротивления нагрузки, при котором в нее будет передаваться максимальная электрическая мощность. Площадь прямоугольника (см. рисунок 13.8) с вершиной в точке пересечения линий ВАХ и сопротивления должна быть максимальной.

Рабочее напряжение для фотодиодов на основе порядка 0.4 В.

2. Энергетическая характеристика фотодиода — это зависимость фототока от потока излучения , падающего на поверхность фотодиода.

В квантовой физике доказывается следующая зависимость:

где — внутренний квантовый выход (число сгенерированных электронно-дырочных пар); — коэффициент переноса, определяющий долю непрорекомбинировавших в базе фотоносителей от общего числа носителей, появившихся в результате действия излучения. Энергетическая характеристика фотодиода приведена на рисунке 13.9.

Рисунок 13.9 — Спектральная и энергетическая характеристики фотодиода

В фотодиодном режиме энергетическая характеристика — линейная. Это говорит о том, что практически все фотоносители доходят до p-n-перехода и принимают участие в образовании фототока.

В фотогальваническом режиме в качестве энергетической характеристики выступает зависимость фото-ЭДС от потока излучения . При больших потоках закон изменения существенно отличается от линейного. Наличие участка насыщения свидетельствует о том, что из-за больших потоков создается большое количество фотоносителей, которые резко снижают потенциальный барьер и поле вблизи p-n-перехода все в меньшей степени разделяет носители, следовательно, рост фото-ЭДС уменьшается.

3. Спектральная характеристика фотодиода — это зависимость чувствительности от длины волны излучения , падающего на поверхность фотодиода. Она зависит от материала фотодиода и введенных примесей. Спектральные характеристики фотодиода обычно захватывают практически всю видимую область (мкм) и инфракрасную область спектра. Предел чувствительности фотодиода определяется длинноволновой границей. Спектральные характеристики фотодиодов из двух различных материалов приведены на рисунке 13.9. Чувствительность обычно составляет порядка 20 mA/люмен.

Дата добавления: 2014-01-04