14.3.2  Фотодіоди

14.3.2  Фотодіоди

У фотодіодах кристал НП обернений до скляного вікна, через яке надходить світловий потік. Під дією світла на перехід фотодіода внаслідок явища внутрішнього фотоефекту в областях біля переходу відбувається додаткова генерація пар “електрон-дірка”. Під дією дифузійного поля переходу фотодірка переміщується до області , а фотоелектрони – до області . При цьому створюється фотоЕРС = (0.1 - 1) В, залежність якої від світлового потоку показана на рисунку 14.6.

 

Рисунок 14.6 – Залежність фотоЕРС від світлового потоку

Під дією цієї фотоЕРС у зовнішньому колі фотодіода проходить фотострум , що збігається за напрямком зі зворотним струмом переходу (рисунок 14.7).

 

Рисунок 14.7 – До пояснення принципу дії фотодіода

Оскільки фотострум проходить  незалежно від струму, який спричиняється зовнішнім джерелом напруги, то вираз для повного струму може бути записаний у вигляді

=() -,              (14.3)

де  - струм насичення (екстракції) переходу;

 - зовнішня напруга;

 - фотострум.

Дія фотоЕРС на перехід еквівалентна додатковому зворотному зміщенню переходу, наслідком чого є збільшення зворотного струму фотодіода на величину .

Сім’я ВАХ фотодіода зображена на рисунку 14.8.

 

Рисунок 14.8 – Сім’я ВАХ фотодіода

Оскільки фотоЕРС і пряма напруга ввімкнені назустріч одна одній, то при їх рівності струм діода дорівнює нулю, що відповідає режимові холостого ходу. ЕРС холостого ходу при = 0 можна знайти з формули (14.3)

=.

Це фотоЕРС знаходять також з ВАХ рисунка 14.8.

Фотодіоди використовують у двох режимах: вентильного фотоелемента (рисунок 14.9) та фотодіодному (рисунок 14.10).

 

Рисунок 14.9 –  Режим вентильного фотоелемента

 

Рисунок 14.10 – Фотодіодний режим

У першому режимі фотодіод використовують як джерело струму, датчик, генеруючий ЕРС , в чутливому індикаторі випромінювання або сонячній батареї. Фото ЕРС може досягати 1 В. У цьому режимі робоча точка пересувається вздовж осі  на ВАХ рисунку 14.8  залежно від інтенсивності світла.

 

Рисунок 14.11 – Спектральна характеристика германієвого фотодіода

У другому режимі (рисунок 14.10) фотодіод працює на зворотній ВАХ як фоторезистор, опір якого залежить від світлового потоку. Робоча точка може займати будь-яке положення між осями ,   залежно від напруги джерела  і світлового потоку.

Фотострум залежить не тільки від потоку , а й від довжини хвилі світлового випромінювання, яке діє на p-n – перехід. Цей факт ілюструє спектральна характеристика рисунку 14.11.

Параметрами фотодіода є:

Темновий струм  - струм, що проходить через діод при робочій напрузі і відсутності світла; робоча напруга  - напруга на діоді у фотодіодному режимі;

=/ - інтегральна чутливість.