Световая характеристика и чувствительность фотодиода.

Рассмотрим связь тока короткого замыкания I_f с величиной светового потока Ф, падающего на n-область фотодиода. Число квантов света, падающих в единицу времени на всю поверхность n-области фотодиода, равно Ф/hv, где hv — энергия одного кванта.

Величина I_f пропорциональна числу квантов света, поглощаемых в полупроводнике в единицу времени

I_f=, (6)

где β - квантовый выход фотоионизации (число электронно-дырочных пар, образуемых одним квантом света); χ — коэффициент переноса, показывающий, какая часть генерированных светом носителей не прорекомбинировала на пути к p-n переходу.

Зависимость фототока фотоионизации фотодиода от светового потока и в фотодиодном режиме строго линейна в большом диапазоне величин световых потоков.

Чувствительностью фотодиода называется отношение фототока к величине светового потока

K=I_f /Ф. (7)

Подставляя (6) в (7) и учитывая, что v=c/λ, получаем выражение, для спектральной чувствительности фотодиода

K= (8)

где с — скорость света.

В действительности К уменьшается в области коротких волн значительно быстрее, чем это дает формула (8).Это связано с тем, что при уменьшении длины волны в области фундаментального поглощения, коэффициент поглощения обычно увеличивается, это приводит к тому, что световая энергия поглощается все в более тонком приповерхностном слое, где скорость рекомбинации не равновесных носителей за счет поверхностных центров рекомбинации значительно больше, чем в глубине материала.

В области же длинных волн происходит спад фоточувствительности, соответствующий краю собственного поглощения материала, когда энергия кванта hv становится равной ширине запрещенной зоны ∆Е.

Чувствительность фотодиодов к свету сложного спектрального состава называется интегральной чувствительностью.

Экспериментальная часть Описание установки

Изучение свойств полупроводникового фотодиода производится на установке, состоящей из оптической скамьи, на которой расположен фотодиод в светонепроницаемом корпусе, и осветителя. Освещенность изменяется изменением расстояния между фотодиодом и источником света (при этом крышка светонепроницаемого корпуса должна быть снята). Световой поток, падающий на фотодиод, вычисляется по формуле

Φ=,

где С – постоянная; s – активная площадь фотодиода; I_L -сила света лампы накаливания; l -расстояние между нитью лампы и поверхностью диода.

Схема включения фотодиода приведена на рис. 6:

Рис. 6

где Π - потенциометр, регулирующий напряжение внешнего источника ЭДС E_вн; R - сопротивление нагрузки; V - вольтметр, измеряющий напряжение на фотодиоде; μA - микроамперметр; Л - осветительная лампа.

Порядок выполнения работы

1) снять и построить вольт-амперные характеристики фотодиода в фотодиодном режиме при 4 различных световых потоках Ф и при Ф = 0 (табл. 1);

2) снять и построить световую характеристику фотодиода: I=ƒ, в фотодиодном режиме при 3-х различных напряжениях на фотодиоде, в том числе при напряжении, равном 0, и постоянном сопротивлении нагрузки (табл. 2);

3) Вычислить интегральную чувствительность фотодиода по данным пп. 1 и 2 (значение постоянной C указано на стенде).

Таблица 1

l,cм	Φ	U, B
		I,мкА

Таблица 2

l,cм
Φ
U1=0	I мкА
U2	I мкА
U3	I мкА