Световая характеристика и чувствительность фотодиода

Рассмотрим связь тока короткого замыкания I_Ф 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/h, где h – энергия одного кванта.

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

I_Ф  q, (6)

где  – квантовый выход фотоионизации (число электронно-дырочных пар, образуемых одним квантом света);  – 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_Ф /Ф. (7)

Подставляя (6) в (7) и учитывая, что  c/, 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 h становится равной ширине запрещенной зоны ∆Е.

Чувствительность фотодиодов к свету сложного спектрального состава называется интегральной чувствительностью.

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



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

Здесь Π – потенциометр, регулирующий напряжение внешнего источника э.д.с. E_вн; R – сопротивление нагрузки; V – вольтметр, измеряющий напряжение на фотодиоде; мкA – микроамперметр; Л – осветительная лампа.

Порядок выполнения работы

1) Снять и построить вольт-амперные характеристики фотодиода в фотодиодном режиме при четырёх различных световых потоках Ф, а также при Ф  0 (табл. 1).

2) Снять и построить световую характеристику фотодиода: зависимость I  I(1/l²), в фотодиодном режиме при трёх различных напряжениях на фотодиоде (в том числе при напряжении, равном нулю) и постоянном сопротивлении нагрузки (табл. 2);

3) Вычислить интегральную чувствительность фотодиода по данным п.п. 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