Принцип действия фотодиода

Принцип действия фотодиода. Полупроводниковый фотодиод это полупроводниковый диод, обратный ток которого зависит от освещенности.

Обычно в качестве фотодиода используют полупроводниковые диоды с p-n переходом, который смещен в обратном направлении внешним источником питания.

При поглощении квантов света в p-n переходе или в прилегающих к нему областях образуются новые носители заряда. Неосновные носители заряда, возникшие в областях, прилегающих к p-n переходу на расстоянии, не превышающей диффузионной длины, диффундируют в p-n переход и проходят через него под действием электрического поля. То есть обратный ток при освещении возрастает. Поглощение квантов непосредственно в p-n переходе приводит к аналогичным результатам.

Величина, на которую возрастает обратный ток, называется фототоком. Свойства фотодиода можно охарактеризовать следующими характеристиками. а вольт-амперная характеристика фотодиода представляет собой зависимость светового тока при неизменном световом потоке и темнового тока Iтемн от напряжения. б световая характеристика фотодиода, то есть зависимость фототока от освещенности, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещенности.

Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионной длины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока. г спектральная характеристика фотодиода это зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещенной зоны, при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света.

То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения. д постоянная времени это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в е раз 63 по отношению к установившемуся значению. е темновое сопротивление сопротивление фотодиода в отсутствие освещения. ж интегральная чувствительность K Iф, где Iф фототок, освещенность. з инерционность.

Существует 3 физических фактора, влияющих на инерционность 1 время диффузии или дрейфа неравновесных носителей через базу t 2 время пролета через p-n переход ti 3 время перезарядки барьерной емкости p-n перехода, характеризующееся постоянной времени RСбар. Время диффузии носителей заряда через базу можно определить аналогично времени пролета носителей заряда через базу транзистора для бездрейфового tпрол, и дрейфового tпрол tg 50 нс. Время пролета через p-n переход ti, где d - толщина p-n перехода, vmax максимальная скорость дрейфа носителей заряда vmax для кремния и германия равна 5106 смc. Толщина p-n перехода, зависящая от обратного напряжения и концентрации примесей в базе, обычно меньше 5 мкм, а значит ti0.1 нс. RCбар определяется барьерной емкостью p-n перехода, зависящей от напряжения и сопротивления базы фотодиода при малом сопротивлении нагрузки во внешней цепи. Величина RСбар порядка нескольких наносекунд. 4.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Расчет КПД фотодиода.

КПД вычисляется по формуле, где Pосв мощность освещенности, I сила тока , U напряжение на фотодиоде.

Максимальная мощность фотодиода соответствует максимальной площади данного прямоугольника. Мощность Освещенности, МВтСила тока, мА Напряжение, ВКПД, 10.04640.241.130.14490.41250.2480.261.37 0.2420.451.6 Среднее значение 1.5. Вывод коэффициент полезного действия фотодиода согласно полученным данным составил в среднем 1.5. 5.