І
К А Ф Е Д Р А
Уравнение аналитически описывает вольт-амперную
характеристику фотодиода.
При коротком замыкании фотодиода (II = 0) ток в цепи
диода
1
^
равен фототоку:
К =1=8
Ф
общ К
Ф
ИНТ
В режиме холостого хода то к в цепи отсутствует
(I =
0
) и напряжение на заж им ах ф отодиода
11
х, рас-
тет по логариф м ическом у закону при увеличении
светового потока:
,
Фт 1п(1 + 8 вн1+ ф /1„):
При интенсивном облучении, когда 1 « Э интФ/10, фото-
ЭДС определяют из выражения
Е Ф = Ф т 1 п ( 1Ф/1о)-
Материалами для изготовления фотодиодов служат
германий, кремний, селен, сернистый таллий и серни-
стое серебро.
Основные характеристики и параметры фотодиода
1. Энергетические характеристики фотодиода связы-
вают фототок со световым потоком, падающим на фо-
тодиод. Зависимость фототока от светового потока при
работе фотодиода в генераторном режиме (
11
вш =
0
) яв-
ляется строго линейной только при короткозамкнутом
фотодиоде (Ян = 0). С ростом нагрузочного сопротив-
ления характеристики все больше искривляются и при
больших Ян имеют ярко выраженную область насыще-
ния (рис. 13а). При работе фотодиода в схеме с вне-
шним источником напряжения
11
вш энергетические ха-
рактеристики значительно ближе к линейным. При уве-
личении приложенного напряжения ф ототок несколь-
ко возрастает (рис. 136). Это объясняется расшире-
нием области р-п перехода и уменьшением ширины
базы, в результате чего меньшая часть носителей за-
ряда рекомбинирует в базе при движении к р-п пере-
ходу.
2. Абсолютные и относительные спектральные харак-
теристики фотодиода аналогичны соответствующим харак-
теристикам фоторезистора и зависят от материала фото-
диода и введенных примесей (рис. 13в).
Спектральные характеристики практически захватыва-
ют всю видимую (300.
..750 нм) и инфракрасную области
спектра.
4.
Частотная характеристика показывает изменение ин-
тегральной чувствительности при изменении яркости све-
тового потока с разной частотой излучения (рис. 13г). Иног-
да инерционные свойства фотодиода характеризуют гра-
ничной частотой, на которой интегральная чувствитель-
ность уменьшается в т
/2
раз по сравнению со своим стати-
ческгддначением.
Граничная частота быстродействующих кремниевых
фотодиодов - порядка 10
7
Гц.
Для повышения быстродействия и увеличения чувстви-
тельности в последние годы разработан ряд фотодиодов;
со встроенным электрическим полем; на основе рч-п струк-
тур; с барьерами Шотки; лавинные фотодиоды и т. д.
В фотодиодах с встроенным электрическим полем базу
получают с помощью процесса диффузии. Из-за неравно-
мерного распределения концентрации примесей в ней воз-
никает внутреннее электрическое поле, которое ускоряет
движение неосновных носителей заряда к р-п переходу.
Вследствие наложения диффузионного и дрейфового дви-
жений
(
фотодиода несколько возрастает.
Рис. 14.
Вольт-амперные характеристики лавинно-
го фотодиода ( ФЗ > Ф2 > Ф1)
Фотодиоды, выполненные на основе рч-п структур, име-
ют значительно большую толщину области, обедненной ос-
новными носителями заряда, так как между р- и п-областями
имеется !-область с собственной электропроводностью. К
переходу без риска пробить его можно приложить значитель-
ные напряжения. В результате вознйкает ситуация, когда све-
товое излучение поглощается непосредственно в области,
обедненной основными носителями заряда, в которой создано
электрическое поле высокой напряженности. Электроны и
дырки, возникающие в области перехода при световом об-
лучении, мгновенно перекидываются в соответствующие об-
ласти. В результате быстродействие резко возрастает и
1
достигает значений 109.
.. 10
10
Гц.
Аналогичными по быстродействию являются фотодиоды
на основе барьера Шотки. Они выполняются из кремния, на
поверхность которого нанесено прозрачное металлическое
покрытие из пленок золота (И »
0,01
мкм) и сернистого цинка
(И » 0,05 мкм), создающее барьер Шотки. Благодаря мини-
мальному сопротивлению базы и отсутствию процессов на-
копления и рассасывания избыточных зарядов быстродей-
ствие получается достаточно высоким (^>10'° Гц).
В лавинных фотодиодах используется лавинный пробой
р-п перехода или барьера Шотки. От обычных фотодиодов
они отличаются тем, что возникшие в результате светового
облучения носители заряда лавинно размножаются в облас-
ти р-п перехода вследствие ударной ионизации. Выбором
внешнего напряжения и параметров цепи обеспечивается
возникновение лавинного пробоя только при световом облу-
чении. Этот процесс приводит к тому, что ток в цепи I
л уве-
личивается по сравнению стоком I
, обусловленным свето-
вой генерацией и тепловым током перехода, в М = I
у!
раз (М - коэффициент лавинного умножения носителей.
Коэффициент лавинного умножения описывается за-
висимостью
где и пвр = и - 1 ^ п Я - напряжение на переходе; Ь -
коэффициент, зависящий от материала (Ь = 3,4.
..4 для Э1
п-типа, п = 1,5
...2
для Э
1
р-типа);
11
про6п - напряжение ла-
винного пробоя перехода, при котором М-*=°; Я - объем-
ное сопротивление р- и п-областей фотодиода.Коэффици-
ент лавинного умножения М может достигать нескольких
десятков - десятков тысяч единиц.
Вольт-амперные характеристики лавинного фотодио-
да показаны на рис. 14.
Использование лавинного режима позволяет суще-
ственно увеличить чувствительность фотодиодов и повы-
сить их быстродействие до ^ = 1 0 ".
..10
12
Гц. Лааинные
фотодиоды считаются одними из наиболее перспективных
элементов оптоэлектроники.
(О кончание следует).
\
Ч
Радиолюбитель - 10/2004 |
предыдущая страница 10 Радиолюбитель 2004-10 читать онлайн следующая страница 12 Радиолюбитель 2004-10 читать онлайн Домой Выключить/включить текст