Фотодиоды

Фотодиодом (ФД) – называется полупроводниковый прибор с одним pn- переходом и двумя выводами, при освещении которого появляется фото ЭДС или изменяется величина обратного тока.

Устройство ФД аналогично устройству обычного плоскостного полупроводникового диода, но конструктивно он выполнен так, что его pn-переход одной стороной обращён к стеклянному окну, через которое проходит свет.

Свет

Рис.2.. Схематическое устройство ФД

1 – прзрачный слой; 2 – полупроводник;

3 – запирающий слой p-n перехода; 4 – металлическая пластина.

На металлическую пластину (4) из никелированного железа или Al наносят слой полупроводника (2) – селен, закись меди, сернистый свинец, Si, Ge, и т.д. Специальной термической обработкой между слоем п/п и металлом создают запирающий слой электронно-дырочного перехода (3). Слой ПП покрывают прозрачным защитным слоем. (1).

ФД могут работать в двух режимах: фото генераторном и фото преобразовательном. Рассмотрим эти режимы.

Фотогенераторный режим– режим работы ФД без внешнего источника напряжения. Освещённый ФД сам является источником фото ЭДС, которая вызывает протекание тока основных носителей через нагрузку в замкнутой внешней цепи. Такие ФД называют вентильными ФЭ или фото гальваническими элементами. Рассмотрим принцип работы.

Е

n + – p

+ –

+ –

Рис.3. Изображение разделения перехода зарядов,

возбуждённых светом и схема включения ФД

При освещении ФД под действием энергии фотонов в ПП образуются новые пары подвижных носителей зарядов – электроны и дырки, т.е. рост концентрации неосновных носителей зарядов в области p-n-перехода. Электрическое поле перехода выбрасывает неосновные носители из зоны перехода в смежную область. Основные носители задерживаются полем p-n-перехода в своей области. В результате на переходе образуется избыток зарядов, создающих на внешних выводах ФД дополнительную разность потенциалов, называемую фотоэлектродвижущей силой. Другими словами: контактное напряжение p-n-перехода пространственно разделяет генерируемые светом электроны и дырки. При этом в n - области ПП накапливаются избыточные электроны, а в р - области избыточные дырки. В результате обе области кристалла дополнительно заряжаются, n- область становится отрицательной, а р- область положительна, и на выводах ФД появляется фото ЭДС. Величина фото ЭДС зависит от интенсивности света и обычно составляет 0,12…0,18 В, но в некоторых случаях она может достигать значений 0,5…1 В. При замыкании электрической цепи во внешней цепи по нагрузке R_Н потечёт фото ток I_Ф , который зависит от интенсивности светового потока, падающего на ФД.

Применение:

-фотоэкспонометр;

-принцип работы солнечных батарей.