Физические основы электроники. Глазачев А.В - 108 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
108
свободные электроны только пополнят количество основных носителей в области
n
, увеличив их
концентрацию.
Таким образом, за счёт поглощённой
световой энергии в полупроводнике обра-
зуются пары носителей; неосновные носи-
тели перебрасываются в соседнюю область
электрическим полем p–n-перехода, а ос-
новные носители остаются в своей области;
концентрация носителей возрастает и ста-
новится сверхравновесной, т.е. суммарный
электрический заряд основных носителей в
обеих областях полупроводника уже не
уравновешивается противоположным заря-
дом ионов примеси, и следовательно в об-
ласти
p
появляется суммарный положи-
тельный заряд, а в области NlgК
=
– сум-
марный отрицательный заряд, которые обу-
словят возникновение разности потенциалов между областью
p
и областью
n
. Эту разность потен-
циалов называют фотоЭДС. Если теперь создать внешнюю электрическую цепь между областями
p
и
n
, то по ней потечёт электрический ток – фототок под действием возникшей фотоЭДС.
Следует отметить, что из всех образовавшихся в результате поглощения лучистой энергии носи-
телей не все будут участвовать в образовании светового тока, а только те, которые попадают в зону
действия электрического поля потенциального барьера, ограниченную (рис. 150) областью
d
. Осталь-
ные неосновные носители, образовавшиеся вне этой зоны, скорее всего, рекомбинируют, снижая эф-
фективность использования световой энергии. Отсюда становится ясной целесообразность конструк-
тивного исполнения фотодиода, когда освещают не обе области полупроводника, а только одну, зато
очень тонкую, когда практически все образовавшиеся под действием освещения неосновные носители
будут разделены р–n-переходом.
1. Вольт-амперная характеристика
()
constФ
Ф
=
= UfI
.Это зависимость фототока
Ф
I от на-
пряжения на фотодиоде при неизменном световом потоке.
Вольт-амперная характеристика описывается следующим уравнением:
q
kT
I
II
U
÷
÷
ø
ö
ç
ç
è
æ
+
-
= 1ln
темн
нсв
н
, (6.4)
где
н
U – напряжение между анодом и катодом фотодиода. В случае фотогальванического включения
это – напряжение на нагрузке;
св
I – световой ток – суммарный поток носителей электрического заря-
да, образовавшихся вследствие внутреннего фотоэффекта и разделённых полем p–n-перехода;
н
I – ток
нагрузки (в случае фотогальванического включения);
темн
I – темновой ток – суммарный поток носи-
телей электрических зарядов, пересекающих границу раздела при отсутствии освещения;
k
– постоян-
ная Больцмана,
град
Дж
1038,1
23-
×=k Дж/град;
q
– заряд электрона,
19
106,1
-
×=q Кл;
T
– абсолютная
температура.
Вид вольт-амперной характеристики показан на рис. 6.16. При
0Ф
=
вольтамперная характеристика
фотодиода превращается в вольт-амперную характеристику обычного p–n-перехода, достаточно под-
робно изученную ранее. При наличии освещения ток нагрузки, как видно из рисунка, потечёт по
внешней цепи от области
p
к области
n
, а внутри кристалла – от области
n
к области
p
, т.е. в на-
правлении, которое для обыкновенного диода является обратным и откладывается вниз от нуля по
оси ординат; напряжение на фотодиоде – (
+
) на области
p
, (–) на области n является прямым для
обыкновенного диода и поэтому откладывается вправо от нуля на оси абсцисс. Фактически вольт-
Рис. 6.15. Процесс генерации свободных носителей заряда

Страницы