12431 Laboratorium Elektroniki cz I 7

110

minimalna długość fali promieniowania świetlnego \m\_n, jaka może wywołać proces jonizacji, ponieważ fotony będą albo wnikać zbyt płytko, aby wytworzone nośniki mogły opuścić warstwę powierzchniową, gdzie zwykle szybkość rekombinacji jest znacznie większa niż w głębi półprzewodnika, albo będą ulegały całkowitemu odbiciu od jego powierzchni.

X_w = -    (6.7)

^w a

Natężenie prądu wytworzonego przez strumień światła o mocy P można oszacować za pomocą zależności (6.8), z której wynika, że w fotodiodzie natężenie fotoprą-du

jest proporcjonalne do mocy P promieniowania, ale nie występuje wzmocnienie prądowe, o którym była mowa przy okazji omawiania zjawiska fotoprzewodnictwa. Prąd fotoelektryczny l_F dodaje się do prądu unoszenia płynącego przez złącze w warunkach równowagi termodynamicznej. W przypadku gdy elektrody fotodiody są rozwarte, dla zachowania równowagi musi ulec obniżeniu bariera potencjału na złączu (zostanie ono spolaryzowane „w kierunku przewodzenia”). Na elektrodach diody pojawi się napięcie Uf o takiej wartości, aby wywołany przez nie prąd był równy co do wartości fotoprądowi l_F. Nosi ono nazwę napięcia fotowoltaicznego. Jeżeli

k-T

q

i+—

*0

\

gdzie: l₀ - prąd ciemny fotodiody,

If - prąd fotoelektryczny diody,

natomiast spolaryzujemy fotodiodę w kierunku zaporowym napięciem zewnętrznym, to nastąpi zsumowanie prądów: dyfuzyjnego opisanego równaniem Shockleya i foto-prądu l_F (zależność (6.10)):

(6.10)

Tak więc charakterystyka fotodiody nieoświetlonej jest typową charakterystyką diody p-n, natomiast oświetlenie złącza spowoduje przesunięcie tej charakterystyki o stałą wartość równą natężeniu fotoprądu If (rys. 6.2). Wartość prądu wstecznego

Ipowered by

Mi siol

lo	E = 0
^rF1	^E1
^rF2	^E2
^!F3	m U)
*F4	^E4
I » I0 ♦ S*E

Rys. 6.2. Charakterystyki prądowo-napięciowe fotodiody z zaznaczeniem prądu ciemnego l₀ i prądu fotoelektrycznego l_F

fotodiody praktycznie nie zależy od napięcia U_R polaryzującego ją w kierunku zaporowym aż do wartości bliskich napięcia przebicia U_Br. W takiej sytuacji pary nośników wygenerowane przez fotony mogą samodzielnie kontynuować proces jonizacji na drodze powielania lawinowego. W efekcie następuje znaczny wzrost prądu, a więc czułości fotodiody. Wartość fotoprądu w zakresie powielania lawinowego I_Br można oszacować z zależności (6.11):

(6.11)

gdzie: R - suma wszystkich rezystancji w obwodzie fotodiody, a - współczynnik materiałowy.

6.2.2. Fotoemitery

Przez pojęcie fotoemitera rozumiemy przyrząd półprzewodnikowy przekształcający energię elektryczną w energię promieniowania świetlnego. Wyróżniamy tu diody elektroluminescencyjne LED oraz diody laserowe.

W diodach LED wykorzystujemy zjawisko elektroluminescencji, które ma miejsce w spolaryzowanym w kierunku przewodzenia złączu p-n, a jest rezultatem rekombinacji promienistej. Wykorzystuje się dwa mechanizmy rekombinacji promienistej: rekombinację bezpośrednią i pośrednią. W trakcie pierwszego procesu następuje