Fotodiode caracteristicile și principiile de funcționare ale dispozitivului

Cel mai simplu este o diodă convențional fotodiodă semiconductor în care este posibil să se influențeze radiația optică la p-n-joncțiunii.

In starea de echilibru, când fluxul de radiație este complet absentă, distribuția densității purtătoare și potențială diagrama banda de energie a unei fotodiode convențional corespunde pe deplin p-n-structura.

Atunci când este expusă la radiații într-o direcție perpendiculară pe planul p-n-joncțiune, rezultând în absorbția de fotoni cu energie mai mare decât bandgap în regiunea n având perechile electron-gol. Acești electroni și găuri numite photocarriers.

În difuzie în interiorul photocarriers n-regiune a fracției principale a electronilor și găurile recombina și nu timp atinge limita de p-n-joncțiune. Acolo photocarriers sunt separate de câmpul electric al p-n-tranziție, găurile intra în p-regiune, iar electronii nu pot depăși câmpul de tranziție și se acumulează la limita n-p-n-joncțiune și câmpul.

Astfel, curentul prin p-n-tranziției este cauzată de driftul a purtătorilor minoritari - găuri. Photocarriers derivă curent se numește fotocurent.

Photocarriers - p-hole este încărcate pozitiv în raport cu regiunea n-regiune și photocarriers - electroni - n-regiune este negativă în raport cu p-regiune. Diferența potențială rezultată se numește Ef photovoltage. Curentul generat în fotodioda - revers, este dirijat de la catod la anod, iar magnitudinea sa este mai mare cu atât mai mare ILUMINARE.

Fotodiode poate funcționa într-unul din cele două moduri - fără o sursă externă de energie electrică (modul photoacid) sau la o sursă externă de energie electrică (modul photoconverter).

Fotodiode care funcționează în modul photoacid, adesea folosit ca surse de alimentare care transformă energia solară în energie electrică. Acestea sunt numite celule solare și fac parte din panourile solare utilizate pe nave spațiale.

celule solare de siliciu Eficiența este în jur de 20%, în timp ce celulele solare de film poate avea o semnificație mult mai mare. parametrii tehnici importante de panouri solare este relația dintre puterea de ieșire la raportul de masă și suprafața ocupată de o baterie solară. Acești parametri ating valori de 200 W / kg și, respectiv, 1 kW / m2.

În timpul funcționării, fotodioda fotopreobrazovatelnom sursa de putere E în modul circuit în sens invers (Fig. 1a). fotodiodă ramură înapoi VAC utilizată la diferite de iluminare (Fig. 1b).

Fig. 1. Diagrama de conectare a fotodiodei în modul fotopreobrazovatelnom: a - Circuit rândul său, b - codul CVC fotodiodă

Curentul și tensiunea pe RL rezistor de sarcină poate fi determinată grafic prin intersecțiile liniei IVC fotodiodă și rezistența de sarcină RL rezistor corespunzătoare. In absenta fotodiodă iluminare funcționează într-un mod convențional diodă. Curentul întunecat în fotodiode de germaniu este de 10 - 30 microamperi, la siliciu 1 - 3 mA.

În cazul în care fotodiode folosesc o defalcare electrică reversibilă însoțită de multiplicarea avalanșă de purtători de sarcină ca o diodă Zener, apoi fotocurentul și, prin urmare, crește în mod semnificativ sensibilitatea.

Sensibilitatea fotodiodei avalanșă poate fi de mai multe ordine de mărime mai mare decât cea a fotodiode convenționale (Ge y - 200 - 300 de ori, la siliciu - 104 - 106 de ori).

fotodiode Avalanche sunt dispozitive fotovoltaice rapid, frecvența lor de până la 10 GHz. Un dezavantaj al fotodiode de avalanșă este un nivel de zgomot mai mare comparativ cu fotodiode convenționale.

Fig. 2. comutare de circuit Fotorezistorul (a), ASB (b), energia (în) și volt-ampere (z) Caracteristici photoresistor

Cu excepția fotodiode, fotorezistori sunt utilizate (Figura 2), fototranzistoare și fototiristory. care utilizează un efect fotoelectric intern. Un dezavantaj tipic este inerția ridicată (limitarea FGR frecvență de operare