Презентация Евдокимова Ю.А.

Фотодиод Выполнила: студентка группы МТР-13-(9)-1 Евдокимова Ю. А.

Фотодетекторы – полупроводниковые приборы, регистрирующие оптическое излучение и преобразующие оптический сигнал на входе в электрический сигнал на выходе фотодетектора. Термину фотодетектор используют как эквивалентный термин фотоприемник или приемник оптического излучения. К фотоприемникам относятся: Фотодиоды Фоторезисторы Фототранзисторы P-I-N Фотодиоды и др. типы

Определение фотодиода Фотодиод—приёмник оптическогоизлучения , который преобразуетпопавшийнаегофоточувствительную область свет вэлектрический заряд засчётпроцессовв p-n-переходе. Фотодиод-этополупроводниковыйприбор, вкотором используетсяэффектразделениянагранице электронно-дырочногопереходасозданныхсветом неравновесныхносителей. Рис. 1. Схематическоеизображениефотодиодаисхемаего включения(слева), обозначениефотодиоданасхемах(справа).

Требования высокая чувствительность и быстродействие низкий уровень шумов малые размеры низкие управляющие напряжения и токи.

Физические основы работы фотодиода Приконтактедвухполупроводниковс разнымитипамипроводимостивследствие разноститермодинамическихработвыхода Фn-тип<Фp-типпроизойдет перераспределениесвободныхзарядови возникнетобластьпространственного заряда. Q 1и. Q 2. Объемныйзарядсоздает электрическоеполе, максимальныйна границе. Еmaxилинейноспадающеевглубь областипространственногозаряда. Рис. 2 а) Образование вблизи границы раздела двух полупроводников объемных зарядов Q 1 и Q 2, б) Электрическое поле Е, созданное этими объемными зарядами. E=dφ/dx в) Изменение потенциала вблизи границыφ(x).

Рис. 3. Зоннаядиаграммаконтакта полупроводниковp-иn-типовв равновесии. Вусловияхтермодинамического равновесиявp-n-переходе существуютчетырекомпоненты тока. Двеизнихдрейфовые, две– диффузионные, каждыйизкоторых образовананеосновнымии основныминосителямизаряда. При приложениинапряжения VV GG равновесиенарушаетсяи. ВАХ диодабудетиметьвид: 1 GV Se. JJ

При освещении фотодиода происходит генерация электронно-дырочных пар. Во всем проводнике изменяется концентрация неосновных носителей, следовательно возрастает дрейфовая компонента тока, а диффузионная не меняется. Рис. 4. Протекание диффузионного дырочного тока Iф через p-n-переход при освещении фотодиода. I Ф =q*Lp*∆P /t p +q*Ln*∆N/t n =I ∆PE +I ∆N

Рис. 5. Семействовольт-амперныххарактеристикфотодиода приразличныхуровняхосвещения.

Параметры фотодиодов чувствительность -отражаетизменениеэлектрическогосостоянияна выходефотодиодаприподаченавходединичногооптическогосигнала. Количественночувствительностьизмеряетсяотношениемизменения электрическойхарактеристики, снимаемойнавыходефотоприёмника, к световомупотокуилипотокуизлучения, еговызвавшему. шумы -хаотическийсигналсослучайнойамплитудойи спектром. Он непозволяетрегистрироватьскольугодномалыеполезныесигналы. Шумфотодиодаскладываетсяизшумовполупроводникового материалаифотонногошума. — токоваяивольтаическаячувствительность

Характеристики: вольт-ампернаяхарактеристика(ВАХ)-зависимостьвыходного напряженияотвходноготока. U Φ = f ( I Φ ) спектральныехарактеристики-зависимостьфототокаотдлины волныпадающегосветанафотодиод. Положениемаксимумав спектральнойхарактеристикефотодиодасильнозависитот степениростакоэффициентапоглощения. световыехарактеристики-зависимостьфототокаот освещённости, соответствуетпрямойпропорциональности фототокаотосвещённости. постояннаявремени-этовремя, втечениекоторогофототок фотодиодаизменяетсяпослеосвещенияилипослезатемнения фотодиодавераз(63%)поотношениюкустановившемуся значению. темновоесопротивление-сопротивлениефотодиодав отсутствиеосвещения. инерционность

Рис. 6. Кривыеспектральнойчувствительности: и 1) германиевого, 2)кремниевогофотодиодов Спадфоточувствительностивобластибольшихдлинволнсоответствуеткраю собственногопоглощенияматериалафотодиода, когдаэнергияквантаhn примерноравнаэнергииширинызапрещеннойзоны. Применьшихэнергиях фотонпростонеможетперевестиэлектронизвалентнойзонывзону проводимости. Уменьшениечувствительностивобластикороткихволнсвязанос тем, чтоприуменьшениидлиныволнысветоваяэнергияпоглощаетсявболее тонкомприповерхностномслое, гдескоростьрекомбинацииносителейзасчет ловушекзначительнобольше, чемвглубинематериала.

Ограничение по применению Две характеристики p-n-фотодиодов ограничивают их применение в большинстве волоконно-оптических приложений. Во-первых, обедненная зона составляет достаточно малую часть всего объема диода, и большая часть поглощенных фотонов не приводит к генерации тока во внешнем контуре. Возникающие при этом электроны и дырки рекомбинируют на пути к области сильного поля. Для генерации тока достаточной силы требуется мощный световой источник. Во-вторых, наличие медленного отклика, обусловленного медленной диффузией, замедляет работу диода, делая его непригодным для средне- и высокоскоростных применений. Это позволяет использовать фотодиод на основе p-n – перехода только в килогерцовом диапазоне.