Фотодиоды

Фотодиоды представляют собой фотогальванический приемник излучения без внутреннего усиления, фоточувствительный элемент которого содержит структуру полупроводникового диода.

Фотодиод выполнен так, что его р – n переход одной стороной обращен к стеклянному окну, через которое поступает свет, и защищен от воздействия света с других сторон.

Схема включения фотодиода показана на рисунке.

Рис. 6

Напряжение источника питания приложено к диоду в обратном направлении. Когда фотодиод не освещен, в цепи протекает обратный ток небольшой величины (10-20 мкА) для германиевых и 1-2 мкА для кремниевых. При освещении фотодиода появляется дополнительное число электронов и дырок, вследствие чего увеличивается переход неосновных носителей заряда через переход. Это приводит к увеличению тока в цепи. Следует отметить, что фотодиод можно включать и без внешнего источника напряжения.

Режим работы с внешним источником называется фотодиодным, а без внешнего – вентильным. В вентильном режиме под действием светового потока возникает э.д.с., поэтому он не нуждается в постороннем источнике напряжения.

Вольтамперная характеристика I_д = f (U_д) при Ф = const определяет зависимость тока фотодиода от напряжения на нем при постоянном световом потоке (рис. 7).

Рис. 7

При Ф = 0 через диод протекает темновой ток.

В физике и электронике темновым током называют малый электрический ток, который протекает по фоточувствительному элементу, такому как фотодиод, в отсутствие падающих фотонов. Физической причиной существования темнового тока являются случайные генерации электронов и дырок в p-n слое устройства, которые затем начинают упорядоченно двигаться за счет сильного электрического поля.

Темновой ток — один из главных источников шума в таких светочувствительных приборах как ПЗС-матрица.

Характерной особенностью рабочей области характеристик является полная независимость тока фотодиода от приложенного напряжения.

Световая характеристика фотодиода в широком диапазоне изменений светового потока оказывается линейной (рис. 8).

Спектральная характеристика показывает зависимость спектральной чувствительности от длины падающего на фотодиод света (рис.9).

Рис. 9

Параметры фотодиодов:

Интегральная чувствительность .

Рабочее напряжение U_р – постоянное напряжение, при котором обеспечиваются номинальные параметры фотодиода.

Темновой ток I_Т.

Фотодиоды широко применяются в фотометрии, фотоколорометрии, для контроля источников света, прозрачности среды, регистрации и счета ядерных частиц, автоматического регулирования и контроля температуры, в ЭВМ устройствах ввода и вывода.