logo

Понедельник 05 Декабрь 2016 (GMT+0300)

Главная Полупроводниковые приборы Фотодиоды

Фотодиоды

Печать
Схемотехника - Схемотехника и конструирование схем

 

Фотодиод — это фоточувствительный полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом, обратный ток которого зависит от освещенности.

Фотодиоды могут строиться как на базе обычных \(p\)-\(n\)-переходов, так и с переходами типа металл – полупроводник, а также с гетеропереходами. При освещении электрического перехода в нем и в прилегающих к нему областях возникают электронно-дырочные пары. Неосновные носители, возникающие в прилегающих к переходу областях на расстоянии, не превышающем диффузионной длины, диффундируют к переходу и проходят через него под действием электрического поля. К аналогичному результату приводит поглощение квантов света непосредственно в электрическом переходе. Таким образом, при освещении фотодиода обратный ток через него возрастает на величину, называемую фототоком.

Фотодиоды могут использоваться в фотодиодном и фотогальваническом режимах. В первом случае диод смещается в обратном направлении и фототок добавляется к заданному обратному току. Во втором случае прибор работает в режиме генерации фото-ЭДС (ток через диод определяется только значением фототока). Фотодиодный режим характеризуется малой инерционностью, повышенной чувствительностью к длинноволновой части оптического спектра, широким динамическим диапазоном линейности характеристик. Единственным преимуществом фотогальванического режима является отсутствие вредного шумового тока, протекающего через нагрузку.

В рабочем диапазоне обратных напряжений при освещении фотодиода обратные токи практически не зависят от приложенного напряжения, хотя обратная ветвь ВАХ фотодиода в затемненном состоянии может не иметь участка насыщения тока. Световые (энергетические) характеристики фотодиодов в фотодиодном режиме линейны до интенсивности облучения в тысячи (и даже десятки тысяч) люкс для германиевых приборов и более нескольких сотен тысяч люкс — для кремниевых.

Фотодиоды — малоинерционные фотоприемники. Их инерционность зависит от временных характеристик процесса фотогенерации носителей, условий разделения электронно-дырочных пар, емкости перехода, а также сопротивления нагрузки. Особую группу фотодиодов, отличающихся очень малой инерционностью, составляют лавинные фотодиоды.

 

Лавинные фотодиоды — это полупроводниковые приборы, построенные и действующие на физических принципах аналогичных обычным фотодиодам, однако в них в дополнение к световой генерации электронно-дырочных пар добавляется эффект лавинного размножения носителей в сильном электрическом поле.

Если к фотодиоду приложить достаточно высокое обратное напряжение, то напряженностьполя в области перехода окажется настолько высокой, что начнут развиваться процессы ударной ионизации атомов кристаллической решетки ускоренными электронами (лавинные фотодиоды сконструированы таким образом, что критическое напряжение достигается в них уже при достаточно низких значениях внешнего напряжения смещения). Это приводит к значительному росту обратного тока при стабильном световом потоке. Как темновые, так и фотоэлектроны приобретают в сильном поле энергию, большую, чем они теряют при столкновениях с атомами кристаллической решетки. Если полученная электронами энергия превышает энергию ионизации, то они могут создать новые электронно-дырочные пары. При достаточно протяженной области сильного поля возникшие электроны и дырки также могут ускориться до энергии ионизации и сгенерировать новые пары, т.е. будет наблюдаться лавинообразное нарастание числа носителей заряда (и, соответственно, лавинообразный рост обратного тока фотодиода).

Лавинные фотодиоды в определенном диапазоне обратных напряжений обладают очень крутыми характеристиками. Это означает, что даже совсем незначительные колебания освещенности могут вызвать ощутимые колебания обратного тока через диод. Поэтому такие приборы используются там, где требуется повышенная чувствительность. Кроме того, лавинные фотодиоды обладают наименьшей инерционностью по сравнению с другими видами фотодиодов. К их же недостаткам следует отнести необходимость применения высокостабильных источников напряжения смещения, опасность перегрева при больших значения тока через диод, который увеличивает темновой ток и уменьшает фототок (электрический пробой переходит в тепловой) и как следствие — гораздо более узкий по сравнению с обычными диодами динамический диапазон.

Лавинные фотодиоды могут выполняться как на основе обычного p-n-перехода, так и на преходах с поверхностными барьерами Шоттки.

 

 

 



Все права защищены © 1997-2011 Перепечатка возможна только по согласованию с владельцем авторских прав. admin@club155.ru

Яндекс.Метрика               Сервер радиолюбителей России - схемы, документация,

 соревнования, дипломы, программы, форумы и многое другое!   схемы новости электроники