загрузка...
загрузка...
На головну

дослідження фотодіодів

Дивіться також:
  1. IV. Дослідження взаємного розташування двох площин
  2. Американська компанія провела дослідження.
  3. В 1. Дослідження ринку
  4. Вплив монголів на Русь: "за" і "проти". Історіографічні дослідження
  5. Подальше дослідження і вдосконалення моделі
  6. Для визначення ступеня поширення пухлинного процесу використовують ультразвукове дослідження, ехотомографію, рентгенівську комп'ютерну томографію.
  7. Ж. Дослідження походження історичного джерела
  8. І ультразвукове дослідження, цистоскопію і хромоцистоскопію.
  9. дослідження
  10. дослідження
  11. Дослідження взаємного розташування прямих
  12. Дослідження впливу ризиків, що виникають при реалізації дорогої продукції в кредит в умовах міжчасового вибору

Фотодіод - напівпровідниковий фотоелектричний селективний приймач оптичного випромінювання, що володіє односторонньою фотопроводимостью.

Фотодіоди можуть працювати в одному з двох режимів: 1) без зовнішнього джерела електричної енергії (режим фотогенератора); 2) із зовнішнім джерелом електричної енергії (режим фотоперетворювача).

У першому режимі використовується фотогальванічний ефект - різновид-ність внутрішнього фотоефекту, пов'язана освітою різниці по-потенціалів (фотоерс) при освітленні неоднорідного напівпровідника. Фотодіоди складаються з двох доважок-них напівпровідників з різними типами електропровідності, на кордоні між якими створюється p-n-перехід (рис 4.1.1), фотодіоди виготовляють з германію, кремнію, арсеніду, галію, індію, сульфіду, кадмію та інших напівпровідникових матеріалів. Світловий потік при висвітленні приладу спрямований перпендикулярно площині p-n - Переходу (рис. 4.1.1). у відсутності освітлення і зовнішнього джерела електроенергії в області p-n-переходу виникає потенційний бар'єр, обумовлений нерухомими носіями заряду - позитивними іонами в n-області і негативними іонами в p-області.

При падінні світлового потоку на фотодіод фотони, проходячи товщину напівпровідника, повідомляють частини валентних електронів енергію, достатню для переходу їх в зону провідності. В результаті в обох областях. збільшується число пар вільних носіїв заряду (основних і неосновних), тобто дірок і електронів. Під дією контактної різниці потенціалів (потенційного бар'єру) p-n-переходу неосновні носії заряду n-області - дірки переходять в p-область, а неосновні носії заряду p-області - електрони - в n-область. Це призводить створення на затискачах фотодіода при розімкнутому зовнішньому ланцюзі різниці потенціалів, яку називають фотоерс. Гранично можливе значення фотоерс одно контактної різниці потенціалів, яка становить десяті частки вольт. Так, наприклад, у селенових та кремнієвих фотодіодів фотоерс досягає 0,5-0,6 В, у фотодіодів з арсеніду галію -0,87 В.

і замкнути затискачі освітленого фотодіода через резистор, то в електричному ланцюзі з'являється струм, обумовлений рухом неосновних носіїв заряду, значення якого залежить від фотоерс і опору резистора. Максимальний струм при одній і тій же освітленості фотодіода буде при опорі резистора, рівним нулю, тобто при короткому замиканні фотодіода. При опорі резистора, що не дорівнює нулю, струм у зовнішній ланцюга фотодіода істотно зменшується.

Якщо до неосвітленій фотодіоду підключити джерело, значення і полярність напруга якого можна змінювати, то зняті при цьому вольтамперні характеристики матимуть такий самий вигляд, як у звичайного напівпровідникового діода (рис. 4.1.2). При висвітленні фотодіода істотно змінюється лише зворотна гілка вольтамперной характеристики, прямі ж гілки практично збігаються при порівняно набольших напружених. Відрізок Про на рис. 4.1.2 відповідає напрузі холостого ходу освітленого фотодіода, тобто фотоерс, а відрізок Оа - току короткого замикання фотодіода. Ділянка аб характеризує роботу фотодіода в режимі фотогенератора. Вольтамперні характеристики фотодіода в цьому режимі при різних значеннях світлового потоку побудовані на рис. 4.1.3.

Режим фотоперетворювача відповідає подачі напруги на фотодіод в замикаючому напрямку (ділянка аб на рис. 4.1.2). Вольтамперні характеристики фотодіода в цьому режимі при різних значеннях світлового потоку показані на рис. 4.1.4.

Струм мало залежить від опору навантаження і прикладеної напруги. Струмовий чутливість фотодіода, що працює в режимі фотогенератора, вимірюють при короткому замиканні по формулі .

У режимі фотоперетворювача ток практично дорівнює струму короткого замикання, тому чутливість фотодіода по току в обох режимах прийнято вважати однаковою. Чутливість фотодіодів (мА / лм): селенових - 0,3?0,75, кремнієвих - 3, сірчистої-срібних - 10?15, германієвих - до 20.


 Темновий ток фотодіодів, так само як і фоторезисторів, обмежує мінімальне значення вимірюваного світлового потоку. У германієвих фотодіодів він дорівнює 10?30 мкА, у кремнієвих - 1?3 мкА. Енергетичні характеристики фотоструму фотодіода в режимі фотоперетворювача лінійні, а в режимі фотогенератора істотно залежать від опору резистора, включеного в зовнішній ланцюг. На рис 4.1.5 наведені енергетичні характеристики фототока селенового фотодіода в режимі фотогенератора при різних значеннях опору резистора навантаження.

Спектральні характеристики фотодіодів залежать від матеріалів, що використовуються для їх виготовлення. Селенові фотодіоди мають спектральну характеристику, близьку за формою до спектральної залежності чутливості людського ока, тому їх широко застосовують в фото- і кінотехніки. Германієві і кремнієві фотодіоди чутливі як у видимій, так і в інфрачервоній частині випромінювання.

Істотним недоліком фотодіодів є залежність значень їх параметрів від температури. Зокрема, темновой струм зростає майже вдвічі при підвищенні температури на 10оЗ, що обмежує в ряді випадків застосування фотодіодів. При цьому слід мати на увазі, що кремнієві фотодіоди більш стабільні.

У порівнянні з фоторезисторами фотодіоди є більш швидкодіючими, але мають меншу чутливість.

В роботі досліджуються вольтамперні та світлові характеристики фотодіода в фотодіодному режимі. Розраховуються параметри приладу в фотодіодному режимі: інтегральна чутливість, початкова статистичне Ro і динамічне RД опору фотодіода, а також чутливість по напрузі.

Аналізується залежність темнового струму від температури і будується графік залежності Ro від температури. Вивчаються електричні та світлові характеристики фотодіода в вентильному режимі. Обчислюються параметри фотодіода в вентильному режимі: інтегральна чутливість, струм короткого замикання і напруга холостого ходу при окремому світловому потоці Ф.

На рис 4.1.6 наведена схема для зняття вольтамперних, світлових і температурних характеристик фотодіода в фотодіодному режимі. Спосіб зміни і контролю світлового потоку, його спектрального складу, а також модуляції світлового потоку викладено в методичних вказівках.

Схема на рис. 4.1.7 призначена для зняття вольтамперних і світлових характеристик фотодіода в вентильному режимі (RH - магазин опорів, який використовується в якості навантаження). Струм в режимі короткого замикання і напруги в режимі холостого ходу можуть бути виміряні за допомогою компенсаційних схем на рис. 4.1.8 і 4.1.9, в яких використовується мікроамперметр з малим внутрішнім опором (mА1).

Тунельні діоди характеризуються такими параметрами «-- попередня | наступна --» Коротка теорія
загрузка...
© om.net.ua