1. Спектральная характеристика чувствительности - зависимость монохроматической чувствительности ФПМ от длины волны регистрируемого потока излучения.

2. Абсолютная спектральная характеристика чувствительности -зависимость монохроматической чувствительности, измеренной в абсолютных единицах от длины волны регистрируемого потока излучения.

3. Относительная спектральная характеристика чувствительности зависимость монохроматической чувствительности, отнесенной к значению максимальной монохроматической чувствительности, от длины волны регистрируемого потока излучения.

2.2.8. Основные характеристики зависимости параметров ФПМ

1. Энергетическая характеристика фототока ФПМ - зависимость фототока от потока или плотности потока излучения, падающего на ФПМ.

2. Энергетическая характеристика напряжения (тока I фотосигнала - зависимость напряжения (тока) фотосигнала от потока или плотности потока излучения падающего на ФПМ.

3. Частотная характеристика чувствительности ФПМ - зависимость чувствительности ФПМ от частоты модуляции потока излучения.

4. Переходная (обратная переходная) нормированная характеристика  - отношение фототока, описывающего реакцию ФПМ в зависимости от

времени, к установившемуся значению фототока при воздействии импульса излучения в форме единичной ступени (при резком прекращении воздействия излучения).

Устройство р-i-п-фотодиода

В предыдущем разделе мы рассмотрели взаимодействие света с ри-переходом. На основе -переходов функционирует основная масса современных ФПМ. К числу наиболее простых и распространенных ФПМ относятся фотодиоды (ФД). Такие ФД представляют собой трехслойную структуру, в которой между слоями типов находится слаболегированный тонкий слой, или, как говорят, слой с собственной проводимостью. Такая структура позволяет сформировать тонкий высоколегированный  ■слой, практически полностью пропускающий падающее излучение, на поверхности слоя с собственной проводимостью типа. Как известно, распространение обедненного слоя внутрь материала пропорционально удельному сопротивлению материала; особенно широк этот слой, следовательно, на границах

Обратного напряжения в несколько вольт достаточно, чтобы обедненная область распространилась на весь слой. Ширина слоя выбирается таким

Рис. 2.20.Конструкция и диаграмма, поясняющие действие фотодиода:

а - структура фотодиода; б - распределение заряда в -структуре; в – распределение напряженности поля в структуре; г - распределение потенциала в обратносмещенной

 структуре

образом, чтобы обеспечить практически полное поглощение падающего излучения, что позволяет получить высокую квантовую эффективность. Поперечное сечение фотодиода, а также распределение концентраций зарядов, напряженности электрического поля и потенциала в структуре при обратном смещении, представлено на рис. 2.20. Считая в первом приближении поле внутри слоя однородным, можно записать

где - напряжение обратного смещения, приложенное к электродам ФД;

 - ширина слоя. Собственную емкость ФД можно представить как емкость плоского конденсатора и записать в виде

где - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника; го - диэлектрическая проницаемость вакуума; - площадь перехода; - ширина  слоя, или, точнее, ширина слоя объемного заряда.

Режимы работы фотодиода

В зависимости от схемы подключения ФД к электрической цепи различают два режима работы ФД: фотогальванический и фотодиодный. Параметры и характеристики ФД в этих режимах имеют некоторые отличия. Режим включения, когда внешний источник питания смещает -переход ФД в обратном направлении, называется фотодиодным. Принципиальная схема включения диода в этом режиме представлена на рис. 2.21. Схема характеризуется наличием источника ЭДС С/Ип, напряжение которого приложено к диоду в обратном направлении и нагрузочным резистором с которого

снимается выходной сигнал При включении ФД в обратном смещении

ток, протекающий через фотодиод-, равен

где - напряжение, приложенное к

ФД (с учетом знака);  - фототок

(см.(2.46)). При достаточно большом обратном напряжении  экспоненциальный член становится достаточно малым и тогда

Описать электрическую схему (рис. 2.21) можно следующим соотношением:

Воспользовавшись формулами (2.51)—(2.53), легко построить нагрузочную прямую на графике семейства вольт-амперных характеристик ФД (см. рис. 2.22). Рабочая точка определяется пересечением нагрузочной прямой и соответствующей данному потоку ветви характеристики ФД. Максимальный поток излучения, который можно зарегестрировать при заданных  определяется пересечением нагрузочной кривой с осью ординат. В аналитической форме это можно записать следующим образом:

где . - токовая чувствительность ФД; - максимальный поток излуче-

ния, который может зарегистрировать ФД в фотодиодном режиме.

Необходимо отметить, что фотодиодный режим работы является линейным, так как ток, протекающий через ФД и напряжение на нагрузке прямопропорциональны потоку излучения.

Если ФД не имеет внешнего источника питания, он работает как преобразователь энергии светового излучения в электрическую и эквивалентен генератору, характеризующемуся напряжением холостого хода или током короткого замыкания  Схема включения ФД в фотогальваническом режиме приведена на рис. 2.23. Вольт-амперные характеристики для диода, включенного в фотогальваническом режиме, приведены на рис. 2.24. Чтобы получить основные соотношения для фотогальванического режима, вспомним формулу (2.46) для р-п-перехода под действиием потока излучения, которую можно переписать в следующем виде:

где - напряжение ненагруженного ФД, которое фактически равно изменению потенциала барьера -перехода  Таким образом, получаем

Из формулы (2.56) следует, что пои малой облученности, т.е. пр! зависимость напряжения на ФД от фототока, а следовательно, и от потока излучения близка к линейной

При больших значениях облученности, когда , эта зависимость - логарифмическая

Нагрузочная прямая для фотогальванического режима описывается формулой

5. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ