Фотодіод

Принцип дії фотодіодів (напівпровідникових фотоприймачів з р-п- переходом) ґрунтується на просторовому розділенні нерівноважних електронів і дірок потенціальним бар'єром неоднорідної напівпровід­никової структури. Якщо концентрація акцепторів в p -області дорівнює концентрації донорів в n -області, електронно-дірковий перехід є симетричним. У приймачах випромінювання найчастіше викорис­товують несиметричні переходи, коли ступені легування р- і n -областей різні. При освітленні ФД створюється електрорушійна сила (фотогальванічний, чи вентильний режим - (рис. 5.1, б), або при наявності джерела живлення в колі фотодіода змінюється його зворотній струм (фотодіодний режим - рис. 5.1, в).

а б в

Рис. 5.1. Схеми ввімкнення фоторезистора (а) і фотодіода в фотогальванічному (б) і фотодіодному (в) режимах. R _ф - опір ФР, R _н - опір навантаження, U_ж - напруга живлення

Фотодіоди (ФД) виготовляють на основі:

- одного p-n -переходу на основі одного матеріалу;

- гетеропереходу який утворюється на межі двох областей різних
матеріалів з домішками протилежного типу;

- контактного бар'єру, що виникає на межі метал– n -напівпровідник
і метал– p -напівпровідник;

- різних МДН-структур (бар'єру Шотткі) і низки інших схем.

Намагання збільшити чутливість і зменшити постійну часу привело

до розробки p-i-n –фотодіодів. Типовий p-i-n –фотодіод складається із трьох послідовних областей: з тонкої сильно легованої n -області, більш товстого шару з дуже малою концентрацією домішки (i -область) і сильно легованої p -області. У результаті звільнення і -області від носіїв при дії зворотного зміщення у ній встановлюється сильне і майже постійне електричне поле. Падаюче випромінювання поглина­ється в і- і n-областях і створює електронно-діркові пари. Електрони і дірки розділяються електричним полем і покидають i -область, а пари, що виникають в n -області, дифундують до переходу, де дірки захоплюються сильним прискорюючим електричним полем і проходять через перехід, а електрони залишаються в n -області. При падінні світлового потоку потужністю Р, який складається із Р/hn фотонів за одиницю часу утворюються носії з квантовим виходом h; в результаті виникає імпульсний струм з середнім значенням

, (5.1)

де q - заряд носіїв.