Fotodióda - studopediya
Egy félvezető fotodióda - félvezető dióda, a visszirányú áram, amely függ a megvilágítás.
A főbb jellemzői és paraméterei fotodióda.
^ Az áram-feszültség jelleggörbe. Módjától függően az áram-feszültség jellemző a fotodióda által leírt kifejezések (30) és (31). Ezek az egyenletek képviselik függését feszültségű a fotodióda különböző értékeit fényáram, azaz. E. Van egy egyenletet BAX család fotodióda a 9. ábrán látható.
BAX család a fotodióda található kvadránsban I, III és IV, 9. ábra Quadrant I - ez nem egy munkaterületet a fotodióda: ebben a kvadránsban, hogy a pn átmenetet előre feszültséget, és a diffúziós aktuális komponens elnyomja a fotoáram. Ennek eredményeként, az irányítást a jelenlegi keresztül a fotodióda segítségével elektromágneses sugárzás lehetetlenné válik.
Quadrant III - egy fotodióda munkaterületen fénysorompó. A p-n átmenet fordított feszültség van. Hangsúlyozni kell, hogy az üzemi tartományban fordított feszültségek fotóáramot szinte független a fordított feszültség és terhelési ellenállás.
Így a fotodióda módban egy adott érték a fényáram fotodióda egy áramforrást.
Quadrant IV család áram-feszültség jellemzői a fotodióda megfelel fényelektromos üzemmódban a fotodióda. A metszéspontjait az áram-feszültség karakterisztika, a feszültség tengelyt lehet meghatározni fotofeszültség érték (nyitott áramköri feszültség) különböző fényáramokra. A szilícium-diódák fotofeszültség értéke egyenlő 0,50-0,55 V. A metszéspontja az áram-feszültség jellemzőket áramlási tengelyével megfelelnek az értékek a rövidzárlati áramokat. Egy adott értéke áram áram-feszültség jellemzői a fotodióda tudja választani az optimális mód fotodióda a fotovoltaikus módban. Optimális mód ebben az esetben azt jelenti, kiválasztása során ellenállás terhelés, ahol a legnagyobb elektromos továbbítjuk. A szilícium-fotodiódák az optimális terhelési feszültség a fotodióda (terhelés) V = 0,35-0,4 B.
^ Energy (fény) jellemzők. Ez egy függőség átfolyó áram a fotodióda a fényáram. incidens a felületén lehet leolvasni.
Ez a függőség lineáris, mert a vastagsága a bázis a fotodióda kisebb, mint a diffúziós hossza kisebbségi töltéshordozók. Következésképpen, szinte az összes optikailag keletkezett kisebbségi töltéshordozók a bázis a dióda, hogy elérje a p-n átmenet, részt vesz a kialakulását a fotoáram. Elvesztése kisebbségi töltéshordozók a rekombináció a bázis és a felszínén gyakorlatilag független a fényáram miatt az alacsony koncentrációja ellenőrizetlen szennyeződések, hogy működnek a csapdák elfogó és rekombináció.
Mivel a linearitás fény jellemző a fotodióda annak szerves érzékenysége független az alkalmazott zárófeszültség. Ezért a fő jellemzője a fotodióda van építve érzékenység:
A fotovoltaikus módban energetikai jellemzőinek képviselteti függőségek vagy zárlati áram, vagy fotofeszültség a fényáram. Nagy forgalom változása ezen görbék térnek el lényegesen a vonalat. A megjelenése nemlinearitást függően rövidzárási áram növekedésével társult a feszültségesés a nagy ellenállást a fotodióda bázis. Csökkentett fotofeszültség magyarázható csökkenés a potenciálgát magasság a feleslegben való felhalmozódása felelős a elektronok n-régió és lyukak a p-régió; Ennek következtében ez a folyamat, a mező n-p csomópont gyengébb fotofeszültség elválasztja photocarriers és növekednek a növekvő fényáram lassítja.
^ A spektrális jellemző. Ez jelenti a függőség az érzékenysége a fotodióda, következő egyenlet által definiált (43), az emissziós hullámhossz.
A tényleges spektrális jellemző eltér az elméleti. Csökkent érzékenység a rövid hullámhosszú annak a ténynek köszönhető, hogy csökkent a fény hullámhossza a fotonok abszorbeálódnak egy vékony felületi réteget, ahol a rekombináció üteme miatt csapda lényegesen nagyobb, mint a mélység az anyag. Így, rövid hullámhosszú érzékenységi határa a fotodióda vastagságától függ a bázis és a felületi rekombinációs sebesség. Csökkentése alap vastagsága, és az arány a rekombinációs eltolhatja a rövid hullámhosszú érzékenységi határa a fotodióda irányába csökkenő hullámhosszon. A csökkenés az érzékenység a hosszú hullámhosszú hullámok felel meg a határ a spektrális érzékenységét az anyag.
Beosztás a maximális a spektrális jellemzői a fotodióda erősen függ a spektrális jellemzői Az abszorpciós együttható az anyag, amelyből készült egy fotodióda. Ha az abszorpciós együttható élesen csökken csökkenő hullámhosszúságú elektromágneses sugárzás, mint például germánium, ez határozza meg a helyzetét a maximális bandgap (GE), és a bázis vastagsága gyakorlatilag független. Ha a függőség az elnyelési együttható a hullámhossztól gyenge, mint például a szilícium, a maximális spektrális válasz eltolható, amikor változik a bázis és a vastagsága a felületi re-. Így a maximális spektrális jellemzői a szilícium fotodióda változtatható tartományban 0,6 és 1 mikron.
* A sebesség a fotodióda. A sebesség a fotodióda meghatározzuk, egyrészt, elválasztási eljárások hordozók eredő abszorpciója után a sugárzási tér a PN átmenet, másrészt - a kondenzátor a pn átmenetet. Szétválasztása photocarriers területén pn átmenet után történik egy megfelelő photocarrier (furat vagy elektron) diffundál a pont a generáció, hogy a pn - csomópont. A tranzit ideje hordozók egész p-n átmenet van:
ahol - a szélessége a pn átmenetet; - a legnagyobb driftsebesség a töltéshordozók.
A germánium és szilícium. és a szélessége a p-n átmenet, amely attól függ, a fordított feszültség és a szennyező koncentrációját a bázis, általában kisebb, mint 5 mikron. Ennélfogva, a tranzit időt töltéshordozók keresztül p-n átmenetet ns.
Időtartam túltöltés gát fotodióda kapacitás kis terhelő ellenállás határozza meg az időállandó. Az érték a időállandója normál fotódiódáktól körülbelül 1 ns.
A számítások azt mutatják, hogy a teljesítmény fotódiódáktól elsődlegesen meghatározza a diffúziós hossza photocarriers a pn átmenetet.
A fotodióda aktuális növekedés módot a p-n átmenet van leírva az alábbi egyenlettel:
ahol - az álló értéke a fotoáram; - átfutási idő kisebbségi töltéshordozók p -base.
Amikor kikapcsolja az elektromágneses sugárzás folyamata a kihalás a kisebbségi töltéshordozók meghatározható azon áthaladó p-n átmenetet, a jelenlegi keresztül fotodióda esik a törvény szerint
A fotodióda mode paraméter határozza meg az időt a diffúziós töltéshordozók a terület, ahol keletkeztek, a pn átmenetet. A szilícium-alapú fotodiódák áthaladási idő a kisebbségi töltéshordozók körülbelül 100 ns.
Tekintsük tranziensek a fotovoltaikus módban, hogy meghatározza a természet fotofeszültség változás nyitott külső áramkörben.
Tegyük fel, hogy időben a fotodióda tápláljuk fényimpulzus egy téglalap alakú. A n-régiójának a pn átmenetet kezdődik generációs nem-egyensúlyi töltéshordozók, amelynek koncentrációja növekszik az idő múlásával. Következésképpen, a lyuk áram emelkedni fog át a n-p-csomóponttól és p -region a fotodióda pozitív feltöltődést képest az N-régió. A növekvő koncentrációjú feleslegben töltéshordozók növeli a rekombináció üteme. Néhány érték a töltéshordozó koncentráció és a generációs rekombinációs folyamatok kiegyensúlyozzák egymást, és fotofeszültség elér egy stacioner értéket. Lezárása után fényimpulzus felesleges hordozók a n-régió újrakombinációja így csökkentve a koncentrációt, átfolyó áram a p-n átmenet, és fotofeszültség. Így, fotofeszültség és fotoáram a fényelektromos folyamat változás mód határozza meg generációs és rekombinációs (felhalmozódása és reszorpció) a felesleges hordozók, a sebesség, amely jellemzi az időállandó az élet. t. e. emelkedése és süllyedése a fotoáram keresztül p-n átmenetet típusú ismertet egyenletek (45) és (46).
Mivel a fényáram csökkenti a felfutási idő és lefutási idő növeli fotofeszültség.