Исследование полупроводниковых фотодиодов, страница 2

где IS – ток насыщения, который создается свободными носителями заряда, генерируемыми за счет теплового возбуждения.

Фототок обусловлен неосновными носители заряда, поэтому он совпадает по направлению с обратным током р-n-перехода. Можно считать, что величина фототока практически не зависит от приложенного напряжения. Тогда вольт-амперная характеристика (ВАХ) фотодиода (1.1) при освещении имеет вид:

Это общее уравнение фотодиода. ВАХ р-n-перехода в отсутствие освещения (G = 0) и при воздействии света (G > 0) представлена на рис. 1.2. В случае разомкнутой цепи (режим холостого хода) фотоЭДС Uхх определяется из (1.2) при I = 0:

Из (1.2) при U = 0 (режим короткого замыкания) находим, что ток короткого замыкания равен фототоку:

Фотодиод может использоваться в двух режимах работы – фотодиодном и вентильном (режиме генерации фотоЭДС). В первом случае на диод подается обратное напряжение, и ток через структуру является функцией интенсивности света. Фотодиодному режиму соответствует третий квадрант вольт-амперной характеристики (рис. 1.2). В этом режиме фотодиод работает как фотодетектор и используется для регистрации электромагнитного излучения с длиной волны, лежащей внутри диапазона чувствительности фотоприемника. Зависимость фототока от величины светового потока Ф для такого режима работы является линейной. Аналогичная зависимость наблюдается для фототока короткого замыкания Iкз.

В вентильном режиме фотодиод сам используется в качестве источника напряжения или тока. Такому режиму соответствует второй квадрант ВАХ. При этом фотодиод нагружен на сопротивление R, ток и напряжение находят из общего уравнения фотодиода (1.2)

где IR = UR/R.

В вентильном режиме фотодиод работает как преобразователь оптической энергии в электрическую. Мощность, снимаемая с фотодиода, определяется площадью квадрата, ограниченного IRи UR (рис. 1.2). Этот режим
используется при работе солнечных батарей. В режиме генерации фотоЭДС на зависимость фототока от величины светового потока Ф существенное влияние оказывает величина нагрузочного сопротивления R.

Величина фотоотклика, возникающего в фотодиоде при освещении его излучением Ф мощностью P, определяется квантовой эффективностью, или квантовым выходом, представляющим собой число фотогенерированных электронно-дырочных пар, отнесенное к числу падающих фотонов