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 14.6Залежність 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 14.7До 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 14.11Спектральна 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-nперехід. 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.