Фотодиоды.

В фотоприемниках (сенсорах света) ведут себя как управляемый светом источник тока. Благодаря наличию в толще -перехода внутреннего электрического поля дополнительные свободные носители заряда, которые возникают при поглощении квантов света, начинают перемещаться и создают дополнительный электрический ток, пропорциональный интенсивности света. Его называют " фототоком". Зависимость тока через фотодиод от напряжения и интенсивности падающего света довольно хорошо описывается формулой

(9.3)

где – " темновой" ток; – электрический заряд электрона; – напряжение на диоде; – постоянная Больцмана; – абсолютная температура; – квантовый выход носителей заряда при возбуждении светом (усредненное количество носителей, которые возникают при поглощении одного кванта света); – квантовая интенсивность светового потока (фотонов/с).

Соответствующие вольтамперные характеристики фотодиода при отсутствии света и при его возрастающих интенсивностях показаны слева на рис. 9.4.

Справа рис. 9.4 приведена эквивалентная электрическая схема фотодиода. Рядом с источником тока показаны собственная электроемкость диода и его внутреннее сопротивление . Они в значительной мере и определяют быстродействие фотодиода. Чтобы обеспечить высокое быстродействие, надо, в первую очередь, уменьшать собственную емкость фотодиода. Этого достигают, используя фотодиоды структуры, которые показаны на рис. 9.5. В такой структуре непосредственно возле -области (анода) диода формируется обширная очень обедненная носителями, почти изолирующая, область кремния (так называемая -область). Этим достигается значительное уменьшение собственной емкости фотодиода.

Чтобы в полупроводнике при поглощении фотона образовалась пара носителей заряда (электрон + " дырка"), энергия фотона должна быть больше ширины запрещенной энергетической зоны. Для кремния, например, это 1, 12 эВ. Такую энергию имеют кванты света с длиной волны меньше 1, 1 мкм – это так называемая " красная граница" фоточувствительности для чистого кремния. С другой стороны, видимый свет с длиной волны, существенно меньше 1, 1 мкм, уже сильно поглощается кремнием. Из-за этого, если -область кремния относительно толстая, свет так и не доходит до -перехода. Поэтому для того, чтобы кремниевые фотодиоды имели высокую чувствительность и в видимой области спектра, -область кремния надо делать очень тонкой.