Световая характеристика и чувствительность фотодиода.

 

Рассмотрим связь тока короткого замыкания I_f с величиной светового потока , падающего на n-область фотодиода. Чис­ло квантов света, падающих в единицу hвремени на всю по­верхность n-области фотодиода, равно /hv, где h v — энергия одного кванта. Величина I_f пропорциональна числу квантов света, поглощаемых в полупроводнике в единицу времени

I_f= , (6)

Где β- квантовый выход фотоионизации (число электронно-дырочных пар, образуемых одним квантом света);

χ — коэффициент переноса, показывающий, какая часть генерированных светом носителей не прорекомбинировала на пути к p-n-переходу.

Зависимость фототока фотоионизации фотодиода от светового потока и в фотодиодном режиме строго линейна в большом диапазоне величин световых потоков.

Чувствительностью фотодиода называется отношение фо­тотока к величине светового потока

K=I_f / . (7)

Подставляя (6) в (7) и учитывая, что v=c/λ, получаем выражение, для спектральной чувствительности фотодиода

K= (8)

где с — скорость света.

В действительности К уменьшается в области коротких волн значительно быстрее, чем это дает формула (8).Это связано с тем, что при уменьшении длины волны в области фундаментального поглощения, коэффициент поглощения обычно увеличивается, это приводит к тому, что световая энергия поглощается все в более тонком приповерхностном слое, где скорость рекомбинации не равновесных носителей за счет поверхностных центров рекомбинации значительно больше, чем в глубине материала.

В области же длинных волн происходит спад фоточувствительности, соответствующий краю собственного поглощения материала, когда энергия кванта h становится равной ширине запрещенной зоны ∆Е.

Чувствительность фотодиодов к свету сложного спектраль­ного состава называется интегральной чувствительностью.

 

Экспериментальная часть

 

Описание установки

Изучение свойств полупроводникового фотодиода произво­дится на установке, состоящей из оптической скамьи, на кото­рой расположен фотодиод в светонепроницаемом корпусе, и осветителя. Освещенность изме­няется изменением расстояния между фотодиодом и ис­точником света (при этом крышка светонепроницаемого кор­пуса должна быть снята). Световой поток, падающий на фо­тодиод, вычисляется по формуле

Φ= ,

С- постоянная

Где s –активная площадь фотодиода

I_L -сила света лампы накаливания

-расстояние между нитью лампы и поверхностью дио­да. Схема включения фотодиода приведена на. рис. 6:

 

		Рис. 6

 

Π- потенциометр, регулирующий напряжение внешнего источника ЭДС E_вн;

R-сопротивление нагрузки;

V-вольтметр, измеряющий напряжение на фотодиоде;

μA- микроамперметр;

Л- осветительная лампа.

Порядок выполнения работы

Задание:

1) снять и построить вольт- амперные характеристики фото­диода в фотодиодном режиме при 4 различных световых по­токах Ф и при Ф = 0 (табл. 1);

2) снять и построить световую характеристику фотодиода: I=ƒ , в фотодиодном режиме при 3-х различных напряжениях на фотодиоде, в том числе при напряжении, равном 0, и постоянном сопротивлении нагрузки (табл. 2);

3) Вычислить интегральную чувствительность фотодиода по данным пп. 1 и 2 (значение постоянной C указано на стенде).

Таблица 1

,cм	Φ	U, B
		I,мкА

 

Таблица 2

l,cм
Φ
U1=0	I мкА
U2	I мкА
U3	I мкА

 

Контрольные вопросы

1. Что такое внутренний фотоэффекти чем определяется его длинно­волновая граница для беспримесного полупроводника?

2. Как образуется фототок и фотоэдс в p-n-переходе?

3.Что такое спектральная чувствительность фотодиода и от каких факторов она зависит?

4. Что такое интегральная чувствительность фотодиода?

5.Каково аналитическое выражение ВАХ диода и фотодиода?

6.Что такое световая характеристика светодиода?

7.Почему для работы фотодиода используется обратная ветвь ВАХ?

8. В чем различие вентильного и фотодиодного режима работы осве­щенного перехода?

ЛИТЕРАТУРА

1. Епифанов Г. И. Физические основы микроэлектроники. М., «Советское радио», 1971.