Параметры и характеристики фотодиодов

Параметры:

· чувствительность

отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичногооптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрическойхарактеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, еговызвавшему.

— токовая чувствительность посветовому потоку

—вольтаическая чувствительностьпо энергетическому потоку

· шумы

помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотичес-кий сигнал со случайной амплитудой и спектром — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы.

Шум фотодиода складывается из шумов полупроводникового материала и фотонного шума.

Характеристики:

· вольт-амперная характеристика (ВАХ) – зависимость выходного напряжения от входного тока.

· спектральные характеристики

зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн шириной запрещенной зоны, при малых длинах волн большим показателем

поглощенияи увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волныквантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скоростиповерхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильнозависит от степени роста коэффициента поглощения.

· световые характеристики

зависимость фототока от освещённости, соответствует прямой пропорциональности фототока отосвещённости. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффузионнойдлины неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие вбазе, принимают участие в образовании фототока.

· постоянная времени

это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемненияфотодиода в е раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.

· Темновое сопротивление

Сопротивление фотодиода в отсутствие освещения.

· Инерционность

Классификация

· p-i-n фотодиод

В p-i-n структуре средняя i-область заключена между двумя областями противоположной проводимости. При достаточно большом напряжении оно пронизывает i-область, и свободные носители, появившееся за счет фотонов при облучении, ускоряются электрическим полем p-n переходов. Это дает выигрыш в быстродействии и чувствительности. Повышение быстродействия в p-i-n фотодиоде обусловлено тем, что процесс диффузии заменяется дрейфом электрических зарядов в сильном

электрическом поле. Уже приU_обр≈0.1В p-i-n фотодиод имеет преимущество в быстродействии.

Достоинства:

1) есть возможность обеспечения чувствительности в длинноволновой части спектра за счет измененияширины i-области.

2) высокая чувствительность и быстродействие

3) малое рабочее напряжение U_раб

Недостатки:

Сложность получения высокой чистоты i-области

· Фотодиод Шоттки(фотодиод с барьером Шоттки)

Структура металл-полупроводник. При образовании структуры часть электронов перейдет из металла в полупроводник p-типа.

· Лавинный фотодиод

В структуре используется лавинный пробой. Он возникает тогда, когда энергия фотоносителей превышает энергию образования электронно-дырочных пар. Очень чувствительны. Для оценки существует коэффициент лавинного умножения

Для реализации лавинного умножения необходимо выполнить два условия:

1) Электрическое поле области пространственного заряда должно быть достаточно большим, чтобы на длине свободного пробега электрон набрал энергию, большую, чем ширина запрещённой зоны.

2)Ширина области пространственного заряда должна быть существенно больше, чем длина свободного пробег.:

Значение коэффициентов внутреннего усиления составляет M=10-100 в зависимости от типа фотодиодов.

· Фотодиод с гетероструктурой

Гетеропереходом называют слой, возникающий на границе двух полупроводников с разной шириной запрещённой зоны. Один слой р+ играет роль «приёмного окна». Заряды генерируются в центральной области. За счет подбора полупроводников с различной шириной запрещённой зоны можно перекрыть весь диапазон длин волн. Недостаток — сложность изготовления.