Структура и схема включения фд в ф-генераторном (а) и фотодиодном (б) режимах

Квадрант IV его ВАХ – фотогенераторный, а квадрант III - фотодиодный

В ф-генераторном режиме при освещении р-п перехода существенно уве-личиваются концентрации соответствующих зарядов p и n областей, высота потенциального барьера сужается, возникает фото-ЭДС и через нагрузку течёт ток, определяемый выражением

где – напряжение на зажимах фотодиода, В; Кл – заряд электрона (в показателе степени экспоненциального члена).

ВАХ фотодиода при различных значениях светового потока

При этом пересечение кривых с осью соответствует режиму ХХ, а с осью – режиму КЗ выводов фотодиода; кривая, проходящая через начало координат, соответствует отсутствию освещения и называется темновой ВАХ, она ничем не отличается от ВАХ обычного полупроводникового диода. Максимальное значение фото-ЭДС достигается равным к.р.п. и находится в пределах В у селеновых и кремниевых фотодиодов и порядка 0.87В – у фотодиодов из арсенида галлия.

В ф-диодном режиме (квадрант III ВАХ) рабочим участком ф-диода яв-ляется область обратных напряжений (от источника ЭДС) в пределах от десятых долей до единиц вольт. Из ВАХ видно, что при увеличении светового потока возрастает фототок, равный разности встречных токов, текущих через p-n переход:

Применение: Ф-диоды широко применяются в обоих режимах.

В ф-диодном - в устройствах ввода и вывода информации со скоростями считывания информации до 2000 знаков в секунду; датчиках регистрирующих и измерительных приборов фотометрии, в киноаппаратуре , фототелеграфии; для автоматизации производственных процессов; в быстро развивающейся оптоэлектронике. В фотогенераторном режиме - в солнечных элементах, входящих в состав солнечных батарей космических кораблей. В настоящее время ведутсяразработки наземных солнечных батарей. Наиболее перспективны с высоким к. п. полупроводники: кремний, фосфид индия, арсенид галлия, сульфид кадмия, теллурид кадмия и др. К.п.д. кремниевых солнечных элементов составляет около 20 %, а плёночных - даже более20 %. Также, кроме к.п.д., важнейший их технический параметр: отношение выходной мощности к массе и площади, занимаемой солнечной батареей, которые достигают значений 200 Вт/кг и 1 кВт/м² соответственно. Внутренний фотоэффект используется также в бо-лее сложных фотоэлектронных приборах для увеличения их фоточувствительности – фототранзисторах и фототиристорах, рассмотренных, например, в [8].

Светодиоды

Светоизлучающим диодом (светодиодом) называется ФЭ прибор, излу-чающий свет на основе инжекционной электролюминесценции p-n-перехода при рекомбинации электронов и дырок при подаче на диод достаточно больших прямых токов. Наиболее эффективны p-n-переходы на основе ПП МЭТ с боль-шой шириной запрещенной зоны ΔW₃₃: арсенид и фосфид галлия( GaAs, GaP, а также карбид кремния (карборунд SiC). Светодиоды испускают некогерент-ное излучение с узким спектром. Длина волны излучения λ_изл зависит от мате-риала полупроводника и его легирования:

В соответствии с этим выпускаются светодиоды с различным цветом излучения: GaAs – инфракрасное излучение с λ_изл ≈ 0,9мкм; GaP – оранжево-красные с λ_изл ≈ 0,6-0,7мкм и SiC – голубое и зеленое излучение с λ_изл ≈ 0,46-0,6мкм.

Яркость их излучения - на уровне 10³-10⁵кд/м² при небольших токах (5– 20 мА) и напряжениях (1,5–3 В), что позволяет легко их применять совместно с цифровыми микросхемами; КПД светодиодов видимого излучения составляет от 0,01 % до нескольких процентов.

Конструкция и характеристики светодиода: а- вольтамперная; б – яркостная;

1 – линза;

2 – металлический баллон 3 –кристалл с p-n переходом;

4 – изолирующее основание; 5 – выводы;

Светодиоды обозначают буквами АЛ, АЛС, ИЛ, КЛ в сочетании с цифрами, например АЛ305А – знаковый светодиод, красного свечения, с яркостью свече-ния 350 кд/м².