imported>ShabeBot: /* top */ числовые формы — автоправка по заданию

2025-09-06T14:04:03Z

top: числовые формы — автоправка по заданию

Новая страница

[[Файл:Photodiode-closeup.jpg|thumb|Фотодиод.]]
[[Файл:Photodiode10100.jpg|thumb|ФД-10-100 (активная площадь — 10×10{{nbsp}}мм2).]]
[[Файл:Photodiode1604.jpg|thumb|ФД1604 (активная площадь ячейки 1,2×4{{nbsp}}мм2 — {{num|16|шт}}).]]
[[Файл:Photodiode symbol ru.svg|thumb|Обозначение на схемах.]]
[[Файл:Response silicon photodiode-ru.svg|thumb|Типовая спектральная чувствительность кремниевого фотодиода.]]

'''Фотодио́д''' — приёмник [[оптическое излучение|оптического излучения]]<ref>{{БСЭ3|заглавие=}}</ref>, который преобразует попавший на его фоточувствительную область [[свет]] в [[электрический заряд]] за счёт процессов в [[p-n-переход]]е.

Фото[[диод]], работа которого основана на [[Фотовольтаический эффект#Фотовольтаический эффект|фотовольтаическом эффекте]] (разделение электронов и дырок в p- и n-области, за счёт чего образуется заряд и [[Электродвижущая сила|ЭДС]]), называется [[Солнечная батарея|солнечным элементом]]. Кроме p-n фотодиодов, существуют и p-i-n фотодиоды, в которых между слоями {{nobr|p и n}} находится слой нелегированного полупроводника{{nbsp}}i. p-n- и p-i-n-фотодиоды только преобразуют свет в электрический ток, но не усиливают его, в отличие от [[Лавинный фотодиод|лавинных фотодиодов]] и [[фототранзистор]]ов.

== Описание ==
[[Файл:PhotoDiod.svg|thumb|Структурная схема фотодиода. 1 —{{nbsp}}кристалл полупроводника; 2 —{{nbsp}}контакты; 3 —{{nbsp}}выводы; ''Φ'' —{{nbsp}}поток электромагнитного излучения; Е —{{nbsp}}источник постоянного тока; RH —{{nbsp}}нагрузка.]]
Принцип работы:

При воздействии [[квант]]ов излучения в базе происходит генерация свободных носителей, которые устремляются к границе p-n-перехода. Ширина базы (n-область) делается такой, чтобы дырки не успевали рекомбинировать до перехода в p-область. [[Сила тока|Ток]] фотодиода определяется током неосновных носителей — дрейфовым током. Быстродействие фотодиода определяется скоростью разделения носителей полем p-n-перехода и ёмкостью p-n-перехода Cp-n

Фотодиод может работать в двух режимах:
* фотогальванический — без внешнего напряжения
* фотодиодный — с внешним обратным напряжением

Особенности:
* простота технологии изготовления и структуры
* сочетание высокой фоточувствительности и быстродействия
* малое сопротивление базы
* малая инерционность

== Параметры и характеристики фотодиодов ==
Параметры:
* чувствительность
*: отражает изменение электрического состояния на выходе фотодиода при подаче на вход единичного оптического сигнала. Количественно чувствительность измеряется отношением изменения электрической характеристики, снимаемой на выходе фотоприёмника, к световому потоку или потоку излучения, его вызвавшему.
*: <math>S_{i,{\Phi_v}}=\frac {I_\Phi}{\Phi_v}</math>; <math>S_{i,{E_v}}=\frac {I_\Phi}{E_v}</math> — токовая чувствительность по световому потоку
*: <math>S_{u,{\Phi_e}}=\frac {U_\Phi}{\Phi_e}</math>; <math>S_{i,{E_e}}=\frac {U_\Phi}{E_e}</math> — вольтаическая чувствительность по энергетическому потоку
* шумы
*: помимо полезного сигнала на выходе фотодиода появляется хаотический сигнал со случайной амплитудой и [[спектр]]ом — шум фотодиода. Он не позволяет регистрировать сколь угодно малые полезные сигналы. Шум фотодиода складывается из шумов [[полупроводник]]ового материала и фотонного шума.

Характеристики:
; [[вольт-амперная характеристика]] (ВАХ): зависимость выходного напряжения от входного тока. <math>U_\Phi=f(I_\Phi)</math>
; спектральные характеристики: зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод. Она определяется со стороны больших длин волн [[ширина запрещённой зоны|шириной запрещённой зоны]], при малых длинах волн большим показателем поглощения и увеличения влияния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшением длины волны квантов света. То есть коротковолновая граница чувствительности зависит от толщины базы и от скорости поверхностной рекомбинации. Положение максимума в спектральной характеристике фотодиода сильно зависит от степени роста коэффициента поглощения.
; световые характеристики: зависимость фототока от [[Освещенность|освещённости]], соответствует прямой пропорциональности фототока от освещённости. Это обусловлено тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше [[Диффузионная длина|диффузионной длины]] неосновных носителей заряда. То есть практически все неосновные носители заряда, возникшие в базе, принимают участие в образовании фототока.
; [[постоянная времени]]: это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в [[число е|е]] раз (63 %) по отношению к установившемуся значению.
; темновое сопротивление: сопротивление фотодиода в отсутствие освещения (см. [[Темновой ток]]).
; инерционность:

== Классификация ==
* '''p-i-n-фотодиод'''
{{main|pin-диод}}
*: В p-i-n-структуре средняя i-область заключена между двумя областями противоположной проводимости. При достаточно большом напряжении оно пронизывает i-область, и свободные носители, появившееся за счет фотонов при облучении, ускоряются электрическим полем p-n-переходов. Это дает выигрыш в быстродействии и чувствительности. Повышение быстродействия в p-i-n-фотодиоде обусловлено тем, что процесс диффузии заменяется дрейфом электрических зарядов в сильном электрическом поле. Уже при Uобр{{nbsp}}≈{{nbsp}}{{num|0.1|В}} p-i-n-фотодиод имеет преимущество в быстродействии.

: Достоинства:
: 1) есть возможность обеспечения чувствительности в длинноволновой части спектра за счет изменения ширины i-области.
: 2) высокая чувствительность и быстродействие
: 3) малое рабочее напряжение Uраб

: Недостатки:
: сложность получения высокой чистоты i-области

* '''Фотодиод Шоттки''' (фотодиод с [[барьер Шоттки|барьером Шоттки]])
*: Структура металл-полупроводник. При образовании структуры часть электронов перейдет из металла в полупроводник p-типа.
* '''Лавинный фотодиод'''
{{main|Лавинный фотодиод}}
*: В структуре используется [[лавинный пробой]]. Он возникает тогда, когда энергия фотоносителей превышает энергию образования электронно-дырочных пар. Очень чувствительны. Для оценки существует [[коэффициент лавинного умножения]]:
*: <math>M=\frac {I_\Phi}{I_{\Phi_0}}</math>
*: <math>M=\frac {1}{1-\left(\frac {U}{U_{pr}}\right)^m}</math>
*: Для реализации лавинного умножения необходимо выполнить два условия:
*: 1) [[Электрическое поле]] области пространственного заряда должно быть достаточно большим, чтобы на длине свободного пробега [[электрон]] набрал энергию, большую, чем ширина запрещённой зоны:
*: <math>q\lambda=\frac {3I_g}{2}</math>
*: 2) Ширина области пространственного заряда должна быть существенно больше, чем длина свободного пробега:
*: <math>W >> \lambda</math>
*: Значение коэффициентов внутреннего усиления составляет M{{nbsp}}={{nbsp}}10—100 в зависимости от типа фотодиодов.
* '''Фотодиод с гетероструктурой'''
*: Гетеропереходом называют слой, возникающий на границе двух полупроводников с разной шириной запрещённой зоны. Один слой{{nbsp}}р+ играет роль «приёмного окна». Заряды генерируются в центральной области. За счет подбора полупроводников с различной шириной запрещённой зоны можно перекрыть весь диапазон длин волн. Недостаток — сложность изготовления.

== См. также ==
* [[Фототранзистор]]
* [[Фототиристор]]
* [[Фоторезистор]]
* [[Лавинный фотодиод]]
* [[Фотодетектор|Фотоприёмники]]
* [[Оптрон]]
* [[pin-диод]]
* [[Болометр]]
* [[Фотоэлемент]]
* [[Солнечная батарея]]
* [[Прибор с зарядовой связью]]
* [[КМОП-матрица]]

== Примечания ==
{{примечания}}

{{Нет ссылок|дата=2011-05-15}}

{{Полупроводниковые диоды}}

[[Категория:Полупроводниковые диоды]]
[[Категория:Оптоэлектроника]]
[[Категория:Светочувствительные приборы]]

Фотодиод - История изменений

imported>ShabeBot: /* top */ числовые формы — автоправка по заданию