Характеристики фотодиодов

Как элемент электрической цепи фотоприемник диодного оптрона может работать в двух режимах: фотопреобразователя с внешним источником питания ( 9.5, а) и фотогенератора без внешнего источника питания ( 9.6, а). На 9.5, б и 9.6, б изображены вольт-амперные характеристики фотодиода т и показаны электрические

4.8. Вольт-амперные характеристики фотодиода в режиме фотогенератора

Если к неосвещенному фотодиоду подключить источник, значение и полярность напряжения которого можно изменять, то снятые при этом вольт-амперные характеристики будут иметь такой же вид, как и у обычного полупроводникового диода ( 4.7). При освещении фотодиода существенно изменяется лишь обратная ветвь вольт-амперной характеристики, прямые же ветви практически совпадают при сравнительно небольших напряжениях. Отрезок Об на 4.7 соответствует напряжению холостого хода освещенного фотодиода, т. е. фото-э. д. с., а отрезок Оа — току короткого замыкания фотодиода. Участок аб характеризует работу фотодиода в режиме фотогенератора. Вольт-амперные характеристики фотодиода в этом режиме при разных значениях светового потока построены на 4.8. При наличии резистора во внешней цепи фотодиода ток и напряжение могут быть определены графически по

4.9. Вольт-амперные характеристики фотодиода в режиме фотопреобразователя

Вольт-амперные характеристики фотодиода в этом режиме при различных значениях светового потока показаны на 4.9. Они аналогичны коллекторным характеристикам транзистора, включенного по схеме с общей базой, только параметром является не ток эмиттера, а световой поток фотодиода. При наличии нагрузочного резистора #н, включенного последовательно с источником э. д. с. ( 4.10), значения тока / и напряжения ?/вых можно определить, построив линию нагрузки, соответствующую сопротивлению резистора Rn (см. 4.9). Как видно, ток мало зависит от сопротивления нагрузочного резистора и приложенного напряжения.

65. Обратные ветви вольт-амперной характеристики фотодиода в отсутствие освещения (?) и при световом потоке Ф (2)

10.25. Нарисуйте и объясните характеристики фотодиода в вентильном режиме для нескольких световых потоков. Укажите па характеристиках режимы холостого хода и короткого замыкания. Приведите схему включения фотодиода, работающего в этом режиме,

24. Характеристики фотодиода:

9.6. Схема и вольт-амперные характеристики фотодиода

8.5. Вольт-амперные характеристики фотодиода (а), схема включения в режиме фотопреобразователя (б) и построение нагрузочной прямой для режима фотопреобразователя (и)

Режим фотопреобразователя соответствует подаче напряжения на фотодиод в запирающем направлении ( 8.5, б). Вольт-амперные характеристики фотодиода в этом режиме при разных значениях световых потоков показаны в III квадранте 8.5, а и соответственно этому квадранту на 8.5, в. Как видно, эти характеристики аналогичны коллекторным (выходным) характеристикам биполярного транзистора, включенного по схеме с ОБ (см. 5.7, б), только параметром является не ток эмиттера, а световой поток фотодиода. При наличии нагрузочного резистора RH, включенного последовательно с источником ЭДС (см. 8.5, б), ток I и напряжение ?/Вых можно определить, построив нагрузочную прямую, соответствующую сопротивлению резистора RH (см. 8.5, в). Как видно из построения, ток мало зависит от приложенного напряжения.

Спектральные характеристики фотодиодов зависят от материалов, используемых для их изготовления. Селеновые фотодиоды имеют спектральную характеристику, близкую по форме к спектральной зависимости чувствительности человеческого глаза, поэтому их широко применяют в фото- и кинотехнике. Германиевые и кремниевые фотодиоды чувствительны как в видимой, так и в инфракрасной части спектра излучения.

Чувствительность кремниевых фотодиодов равна 3 мА/лм, германиевых — 20 мА/лм, сернисто-серебряных — 10—15 мА/лм. Фотодиоды обладают значительной инерционностью из-за конечного времени диффузии носителей заряда к р~п-переходу и прохождения их через область объемного заряда в р-п-переходе. Кроме того, на инерционность влияет также время зарядки емкости p-n-перехода. Частотные характеристики фотодиодов зависят от материалов, из которых они выполнены, а та.кже от толщины и площади p-n-перехода. Менее инерционны германиевые и кремниевые диоды. Существенным недостатком фотодиодов является зависимость их параметров от температуры.

Принцип действия фотодиода на основе выпрямляющего перехода металл — полупроводник аналогичен принципу действия фотодиода с р-п-переходом. Однако есть некоторые различия, которые сказываются на характеристиках и параметрах. Первым отличием является возможность поглощения квантов света с энергией, меньшей ширины запрещенной зоны, для которых полупроводник оказывается прозрачным, в металле верхнего электрода /. При этом если энергия кванта света превышает высоту потенциального барьера, то возбужденные электроны из металла могут перейти в полупроводник через потенциальный барьер ( 9.22), обеспечив тем самым возникновение фототока. Поэтому длинноволновая граница спектральной характеристики фотодиодов на основе контакта металл — полупроводник определяется высотой потенциального барьера на этом контакте и расположена при более длинных волнах электромагнитного спектра.

новая граница спектральной характеристики фотодиодов на основе перехода металл — полупроводник расположена при более коротких волнах электромагнитного спектра.

спектральные (в) и частотная (г) характеристики фотодиодов.

Недостатком германиевых фотодиодов является больший чем у кремниевых темновой ток, величина которого сильно зависит от температуры. Спектральные характеристики фотодиодов и фотосопротивлений, выполненных из аналогичных материалов, одинаковы. Спектральная характеристика германиевого фотодиода приведена на 4.36, б.

ны волны Я, т. е. спектральные характеристики фотодиодов, изображены на 7.15 (Х=0,2-И,2 мкм) и 7.16 (Я=1-*-6 мкм). В ультрафиолетовой области предпочтительны фотодиоды с барьером Шотки. Слой металла контакта у них тонкий, полупрозрачный. В структуре Аи—ZnS толщина слоя ме« талла 10~2 мкм, а в структурах Ag—• ZnS и Ag—GaS — соответственно 3,6 X Х10~2 и 4-10~2 мкм. Широкий диапазон волн перекрывают фотодиоды с барьером Шотки (структура Pt-n-Si и Me-(-n-Si). Но в этих фотодиодах тем-

Рассмотрим основные характеристики фотодиодов.

спектральные (в) и частотная (г) характеристики фотодиодов.

Чувствительность кремниевых фотодиодов равна 3 мА/лм, германиевых - 20 мА/лм, сернисто-серебряных - 10-15 мА/лм. Фотодиоды обладают значительной инерционностью из-за конечного времени диффузии носителей заряда к p-n-переходу и прохождения их через область объемного заряда в p-n-переходе. Кроме того, на инерционность влияет также время зарядки емкости p-n-перехода. Частотные характеристики фотодиодов зависят от материалов, из которых они выполнены, а также от толщины и площади p-n-перехода. Менее инерционны германиевые и кремниевые диоды. Существенным недостатком фотодиодов является зависимость их параметров от температуры.

На 5.10 показаны частотные характеристики фотодиодов на основе кремния р- и n-типа при разных напряжениях обратного смещения. Для диодов на основе p-Si критическая частота достигает 200 МГц (?/=150 В) при работе в фотодиодном режиме и 1 ... 2 МГц — в вентильном. Для достижения возможно большей критической частоты фотодиода в случае ограничения ее