50493 Laboratorium Elektroniki cz I 1

s

118

Rys. 6.5. Charakterystyki widmowe fotorezystorów wykonanych z CdS (1), PbS (2) i PbTe (3)

6.2.6. Fotodiody

Fotodiodami nazywamy przyrządy półprzewodnikowe zawierające spolaryzowane w kierunku zaporowym złącze p-n, przez które płynie prąd wsteczny o wartości zależnej od mocy promieniowania oświetlającego powierzchnię czynną. Wykonywane są głównie z krzemu, rzadziej z germanu, arsenku galu oraz antymonku i arsenku indu. Istnieje szereg różnych realizacji fotodiod:

•    Fotodiody konwencjonalne - diody zawierające złącze p⁺-n-n⁺ o słabo domieszkowanym obszarze bazy typu n;

•    Fotodiody lawinowe - fotodiody, w których prąd fotoelektryczny jest wzmacniany na skutek powielania lawinowego nośników w złączu p-n spolaryzowanym do napięcia bliskiego napięciu przebicia Ubr. Wykorzystano to w celu zwiększenia czułości (detekcyjności) fotodiody;

•    Fotodiody p-i-n - fotodiody, w których pomiędzy obszarami typu p i n utworzono warstwę półprzewodnika samoistnego, co prowadzi do zwiększenia szybkości pracy oraz detekcyjności D' przyrządu poprzez możliwość zwiększenia wartości wstecznego napięcia polaryzującego diodę;

•    Fotodiody Schottky’ego - fotodiody zawierające złącze m-s, pracujące na nośnikach większościowych, a więc pozbawione pojemności dyfuzyjnych, co umożliwia znaczne zwiększenie szybkości pracy (stałe czasowe zawierają się w granicach

10-100 ps) oraz rozszerzenie charakterystyki widmowej od

Rys. 6.6. Charakterystyki prądowo-napięciowe fotodiody z zaznaczeniem podstawowych obszarów pracy: fotodioda - (1), fotodioda lawinowa - (2), fotoogniwo - (3)

Charakterystyki prądowo-napięciowe zamieszczono na rys. 6.6 zaznaczając typowy obszar pracy fotodiody oraz fotodiody lawinowej. Należy zauważyć, że nie wykorzystuje się możliwości pracy przy polaryzacji w kierunku przewodzenia ze względu na znikomy wpływ natężenia oświetlenia na wartość dyfuzyjnego prądu nośników większościowych. Rys. 6.7 przedstawia typową zależność prądu fotoelektrycznego If od natężenia oświetlenia. Jest to zależność o wiele bardziej liniowa w porównaniu z fotorezystorami (zależność (6.20)).

I = l₀ + S,E    (6.20)

Na rys. 6.8 zamieszczono charakterystyki widmowe dla fotodiod krzemowych i germanowych. W porównaniu z fotorezystorami fotodiody charakteryzują się:

•    znacznie lepszą stabilnością długoterminową i powtarzalnością parametrów;

•    detekcyjnością lepszą o rząd wartości (10⁹-10¹² [cmVHz/W]);

•    znacznie mniejszą inercją (częstotliwości graniczne sięgają dziesiątek gigaherców).