Фотодиод

Фотодиод (ФД) - это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость его характеристик от освещенности p-n -перехода. Принцип работы фотодиода основан на том, что при облучении p-n -перехода появляются дополнительные носители зарядов и ток через переход увеличивается. Изменяя световой поток Ф, можно регулировать ток через p-n -переход.

Фотодиод может работать в двух режимах (рис 6.3): фотопреобразовательном (ФП) и фотогенерации (ФГ).

Фотопреобразовательный режим характеризуется тем, что фотодиод работает со смещением, т.е. в цепь включен источник напряжения U _обр в обратном направлении. В этом режиме при Ф = 0 через переход протекает тепловой ток, равный по величине току обратно смещенного перехода I _Т = I _О. При увеличении светового потока Ф > 0 происходит повышение концентрации неосновных носителей и ток через переход увеличивается. Этому режиму на графике (рис. 6.4) соответствует область III, в которой фототок I _Ф изменяется пропорционально потоку Ф и практически не зависит от U _обр.

В режиме фотогенерации в цепи ФД отсутствует внешний источник питания и сам фотодиод является источником фото-ЭДС E _ф. Вольт-амперная характеристика для этого режима соответствует области IV на рис. 6.4.

Принцип работы ФД поясняется на рис. 6.5 и в режиме фотогенератора заключается в следующем. При облучении такой структуры световым потоком Ф происходит генерация пар электрон-дырка n _i = p _i, которые под действием запирающего электрического поля на переходе E _зап разделяются по знаку (дырки уходят в p -область, а электроны - в n -область).

В результате чего, на концах структуры появляется фото-ЭДС E _ф, причем направлена она встречно по отношению к E _зап. Чем больше величина потока Ф, тем больше и значение E _ф, а, следовательно, и фототок I _ф.

При этом в режиме короткого замыкания при фототок равен току к.з. В режиме холостого хода при ток равен нулю , а напряжение равно фото-ЭДС .

В области I при прямом включении фотодиод ведет себя практически как обычный диод, т.к. на фоне большого прямого тока I _пр не существенна добавка, вносимая за счет фототока I _ф.

Недостатком ФД является большая температурная нестабильность.

К достоинствам ФД относятся высокая чувствительность, хорошие частотные свойства и малые габариты.

Основные параметры ФД:

- чувствительность S = dI _Ф/ d Ф составляет 10^ки¸100^ни мА/лм;

- обратный темновой ток I _О = I _Т;

- ток короткого замыкания I _к.з. = 10^ки¸100^ни мА;

- инерционность составляет 1^цы¸10^ки нс;

- верхняя граничная частота f _в = 10^ки¸100^ни МГц.

Фотодиоды могут использоваться как фотоприемники в различных устройствах автоматики как в режиме фотопреобразования, так и в режиме фотогенерации.