3D 20 W

полупроводника, в которой сформирован р-п переход и имеются выводы от областей типа пир (рис. 15) для включения фотодиода в схему. Пластина с выводами заключена в металлический корпус

со стеклом в торце для прохождения света. Механизм образования

о 0.1 о,г 0.3 о,« 0,5 S

Рис. 13. Вольт-амперная характеристика кремниевого фотоэлемента.

0,8 0,6 0,i 0,2

0,5 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1.ик

Рис. 14. Спектральная характеристика относительной чувствительности S кремниевого фотоэле-менга.

фото-э. д. с. в фотодиодах примерно аналогичен процессу возникновения ее в вентильных фотовольтаических пластинах.

Фотодиоды находят широкое применение в оптико-электронных схемах автоматики и в современных цифровых вычислительных ма-

Рис. 15. Схематическое устройство фотодиода.

1 - контакт к области р;

2 - контакт к области п\

3 - выводы; 4 - р-п переход.

О,* 0,8 1,г 1,6 ЛК.

Рис. 16. Спектральные характеристики германиевого (/) и кремниевого (2) фотодиодов.

шинах. Они имеют малые габариты и вес, большой срок службы, достаточно высокое быстродействие и сравнительно большую интегральную чувствительность (не менее 3 000-20 000 мка/лм). На рис. 16 приведены спектральные характеристики германиевого и

кремниевого фотодиодов. Из этих характеристик видно, что наибольшая чувствительность кремниевых фотодиодов лежит в области 0,86-0,87, а германиевых в области 1,5 мк.

Спектральные характеристики фотодиодов в значительной мере зависят не только от технологических режимов изготовления (качества поверхности, глубины залегания р-п перехода), но и от рели-мов их работы в схеме (от напряжения смещения в фотодиодном режиме, от схемы включения фотодиода, от сопротивления нагрузки). При этом больше всего изменяется положение коротковолновой

l.MKd

Рис. 17. Семейство вольтамперных характеристик фотодиода.

Рис. 18. Семейство световых характеристик фотодиода.

границы спектральной характеристики и ее максимума. Поэтому целесообразно при оценке серийно выпускаемых приборов пользоваться усредненными относительными спектральными характеристиками.

Другим важным параметром фотодиода является семейство вольт-амперных характеристик, показанных на рис. 17. Здесь квадрант / соответствует прямому включению фотодиода и характеристики эквивалентны характеристикам обычного полупроводникового диода, включенного в прямом направлении. В квадранте приведены характеристики фотодиода в вентильном режиме. По горизонтальной оси отложены здесь значения фото-э. д. с. при различных освешенностях Е и сопротивлении нагрузки /?п = оо, причем 0<£i< <£2<£з<£4, а по вертикальной оси - значения фототока / при различных освещенностях и J?h==0. В квадранте / изображены вольтамперные характеристики фотодиода при его работе в фотодиодном режиме. Здесь на горизонтальной оси следует отметить две характерные точки: f/кр, соответствующую началу электрического пробоя фотодиода, и t/раб, которая является рабочей точкой прибора.

Вольт-амперная характеристика неосвещенного фотодиода {Е- =0) называется темповой, а его ток при отсутствии освещения и соответствующем рабочем напряжении - темновым током /т- Значение тока, соответствующее определенной освещенности фотодиода, называется световым током /св, а разность между световым и темновым токами фототоком /ф=/св-/т. Если по горизонтальной оси отложить значения уровней освещенности Е (лк), а по вертикальной оси значения соответствующих токов / (мка) при постоянных зиа-

чениях напряжения смещения на фотодиоде и Лн=0. то получится семейство световых характеристик фотодиода (рис. 18).

По световой характеристике можно определить ннтегральиум (токовую) чувствительность фотодиода Sy, которая выражается приращением тока Д/ (мка), текущего через фотодиод, к соответствующему приращению светового потока ДФ (лм):

1т Д/ф

Д£5

где Д - приращение освещенности (лк);

S - светочувствительная площадка (ж). Параметры германиевых и кремниевых фотодиодов зависят от окружающей температуры. В первую очередь этому влиянию под-

Ваза

сеет

ЭттгЩ)

Коллектор

Рис. 19. Устройство фототраизи-стора.

сеет

-0+ -0-

Рис. 20. Схема включения фототранзистора с общим эмиттером и «оборванной» базой.

вержены темповой ток и, следовательно, чувствительность фотодиода.

Постоянная времени, характеризующая частотные свойства фотодиода, определяется сопротивлением нагрузки последнего и режимом его работы. Поэтому прн оценке быстродействия фотоприемника по его постоянной времени необходимо учитывать нагрузку, для которой приводится эта постоянная времени.

Фоготранзисторы. Эти приборы совмещают в себе функции фотодиода и усилителя фототока. Поэтому их интегральная чувствительность выше, чем у фотодиодов, и может достигать нескольких ампер на люмен. Устройство фототранзистора показано на рис. 19. Конструктивно и по принципу действия он имеет много общего с обычным транзистором. Фототранзистор также состоит из трех областей полупроводника с чередующимися типами нреводимостн (fi-p-rt или р-п-р), называющимися соответственно эмиттер, база и коллектор. Следует отметить, что в отличие от обычных транзисторов с тремя выводами некоторые фототранзисторы могут иметь два внешних вывода: эмиттер и коллектор (фототранзисторы с «оборванной» базой).

Остановимся на принципе работы фототранзистора. На рис. 20 приведена схема включения фототранзистора с общим эмиттером и «оборванной» базой. Когда фототранзистор не освещен, через него протекает ток, определяемый неосновными носителями, инжектиро-