Материаловедение и ТКМ


Фотодиоды


Фотодиод, как и фотоэлемент с запирающим слоем, представляет собой p-n-переход, включенный в цепь в запорном направлении, последовательно с внешним источником питания. При отсутствии светового потока через фотодиод протекает незначительный так называемый темповой ток. При освещении p-n-перехода вследствие генерации избыточных носителей обратный ток увеличивается пропорционально потокe, вызывая увеличение падения напряжения на нагрузочном сопро­тивлении. От фотоэлементов с внешним фотоэффектом фотодиоды выгодно отличаются малыми габаритами и весом, высокой интеграль­ной чувствительностью и небольшим рабочим напряжением.

Физические процессы, протекающие в фотодиодах, носят обратный характер по отношению к процессам, протекающим в светодиодах. Основным физическим яв­лением в фотодиоде является генерация пар электрон-дырка в области р-n-перехода и в прилегающих к нему областях под действием излучения.

Электрическое поле р-n-перехода разделяет электроны и дырки. Неосновные носители электричества, для кото­рых поле является ускоряющим, выводятся этим полем за переход. Основные носители задерживаются полем в сво­ей области проводимости.

Упрощенная структура фотодиода и его ус­ловное графическое обозначение

 

Генерация пар электрон-дырка приводит к увеличению обратного тока диода при наличии обратного напряжения и к появлению напряжения между анодом и катодом при разомкнутой цепи.

Фотодиоды удобно ха­рактеризовать семейством вольт-амперных характеристик, соответствующих различным световым потокам (световой поток измеряется в люменах, лм) или различным освещенностям (освещенность измеряется в люксах, лк).

Обратимся к вольт-амперным характеристикам (ВАХ) фотодиода. Пусть вначале световой поток ра­вен нулю, тогда ВАХ фотодиода фактически повторяет ВАХ обычного диода. Если световой поток не равен нулю, то фотоны, проникая в область р-n-перехода, вызывают генерацию пар электрон-дырка. Под действием электри­ческого поля р-n-перехода носители электрода движутся к электродам. В результате между электродами воз­никает напряжение, которое возрастает при увеличении светового потока. При положительном напряжении анод-катод ток диода может быть отрицательным (четвертый квадрант характеристики). При этом прибор не потребля­ет, а вырабатывает энергию.

 

 

В настоящее время коэффициент полезно­го действия солнечных элементов достигает 20%. Пока энергия, вырабатываемая солнечными элементами, при­мерно в 50 раз дороже энергии, получаемой из угля, не­фти или урана. Но ожидается, что стоимость энергии, получаемой с помощью солнечных батарей, будет сни­жаться.

 

Фотодиоды являются более быстродействующими при­борами по сравнению с фоторезисторами. Они работают на частотах 107—1010 Гц. Фотодиод часто используется в оптопарах светодиод-фотодиод.

 




Начало  Назад  Вперед