Спектральная чувствительность

Световая зависимость

Световая характеристика представляет собой зависимость величины фототока J_Ф от светового потока Ф, падающего на фотодиод. Сюда же относится и зависимость V_XX от величины светового потока. Количество электронно‑дырочных пар, образующихся в фотодиоде при освещении, пропорционально количеству фотонов, падающих на фотодиод. Поэтому фототок будет пропорционален величине светового потока

, (11)

где К – коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров фотодиода.

В фотодиодном режиме, как следует из уравнения (7), ток во внешней цепи пропорционален световому потоку и не зависит от напряжения V_G.

Рис. 10. Световая характеристика фотодиода

Коэффициент пропорциональности К в уравнении (11) получил название интегральной чувствительности фотодиода.

Будем теперь освещать фотодиод монохроматическим светом с некоторой длиной волны l. Величину светового потока Ф будем поддерживать постоянной при любой длине волны света. Зависимость фототока J_Ф(λ) будет определяться зависимостью квантового выхода η(λ) и коэффициента поглощения a(λ) от длины волны

.

Зависимость спектральной чувствительности от длины волны является сложной. Эта зависимость имеет максимум при некоторой длине волны, причем спад в области длинных волн связан с зависимостью квантового выхода η(λ) от длины волны, а в области коротких длин волн – с зависимостью коэффициента межзонного поглощения a(λ) от длины волны. Обе зависимости имеют красную границу, поскольку при энергии квантов hν меньше ширины запрещенной зоны Е_g межзонное поглощение света не происходит.

Рис. 11. Кривые спектральной чувствительности фотодиодов:

1) германиевого, 2) кремниевого

Влияние неоднородного поглощения по глубине фотодиода на спектральную чувствительность показано на рисунке ниже. Коротковолновое излучение имеет высокое значение коэффициента поглощения a, поэтому поглощение происходит в основном в приповерхностной области эмиттера фотодиода. Очевидно, что в этом случае фототок будет мал, поскольку область поглощения света удалена от p‑n перехода. В случае длинных волн поглощение происходит по всей глубине фотодиода на расстояниях равных или больших диффузионной длины. В этом случае эффективность преобразования будет максимальной. Наконец, при очень больших значениях λ фототок уменьшается из-за приближения к красной границе фотоэффекта.

Рис. 12. Зависимость скорости генерации электронно‑дырочных пар от расстояния от поверхности для длинноволнового и коротковолнового света (а), размеры фотодиода и характерные длины диффузии неосновных носителей (б)