отенціалів в пропускному напрямку, уменьшающую на свою величину контактну різницю потенціалів, і як наслідок, навіть через р-п-перехід потече струм, званий струмом витоку, у зворотному напрямку:
, (24)
де - струм насичення, обумовлений тепловою генерацією носіїв заряду. Стан термодинамічної рівноваги встановлюється при рівності струму витоку і фотоструму, що протікають через р-п-перехід
. (25)
Висловимо з цього рівняння напруга холостого ходу:
. (26)
При підключенні до фотоелемента на основі р-п-переходу зовнішнього навантаження, рисунок 8, фотоЕДС в р-п-переході створюється тільки частиною носіїв заряду, а інша частина носіїв заряду забезпечує струм через навантаження.
Напруга на навантаженні одно:
. (27)
Вольт-амперна характеристика вентильного фотоелемента описується рівнянням виду:
. (28)
На малюнку 9 представлено сімейство вольт-амперних характеристик р-п-переходу для різних значень світлового потоку.
Видно, що збільшення світлового потоку призводить до зростання фотоструму.
Р-п-перехід, зміщений у зворотному напрямку за допомогою зовнішнього джерела живлення, також може працювати в фотодіодному режимі. При поглинанні квантів світла в р-п-переході або в прилеглих до нього областях напівпровідників утворюються нерівноважні електронно-діркові пари. Неосновні носії заряду, що утворюються в р-п-переході або прилеглих до нього областям, що знаходяться на відстані не перевищує дифузійної довжини, дифундують до р-п-переходу і проходять через нього під дією електричного поля, малюнок 10. У результаті під дією електромагнітного випромінювання зворотний струм через р-п-перехід зростає на величину фотоструму.
Перевагами фотодіодного режиму є висока чутливість і мала інерційність порядку 10-9 с, при цьому вентильний режим характеризується низьким рівнем шумів і відсутністю джерела живлення.
На малюнку 11 наведена електрична схема для дослідження фото-ЕРС р-п-переходу, що працює в фотодіодному режимі. Напруга джерела живлення докладено у зворотному напрямку до р-п-переходу.
У фотодіодному режимі рівняння вольт-амперної характеристики р-п-переходу має вигляд:
. (31)
Ставлячи напруга джерела живлення достатньо великим, можна зробити темновой струм фотодіода рівним струму насичення. На фотострум величина майже не впливає і навіть кілька його збільшує, тому збільшується тягнуче поле і зменшується, таким чином, втрати на рекомбінацію. У цьому і полягає велика перевага фотодіодів перед фоторезисторами.
Список літератури
1. Шалімова К.В. Фізика напівпровідників/К.В. Шалімова.- М .: Вища школа, 1985. - 392 с.
. Павлов П.В. Фізика твердого тіла/П.В. Павлов, А.Ф. Хохлов.- М .: Вища. шк., 1985. - 370 с.
. Єпіфанов Г.І. Фізичні основи конструювання і технології РЕА і ЕВА/Г.І. Єпіфанов, Ю.А. Мома.- М .: Сов. радіо, 1979. - 352 с.
. Бонч-Бруєвич Л.В.- Фізика напівпровідників/Л.В. Бонч-Бруєвич, С.Г. Калашников.- М .: Наука, 1972. - 670 с.
. Пасинків В.В. Матеріали електронної техніки/В.В. Пасинків, В.С. Сорокін.- М .: Вища. шк., 2003. - 368 с.
. Зі С. Фізика напівпровідникових приладів/С. Зі.- М .: Світ, 1984. - Т. 2. - 455 с.
. Бьюб Р. Фотопроводимость твердих тіл/Р. Бьюб.- М .: Иностранная литература, 1962. - 558 с.
. Верещагін І.К. Введення в оптоелектроніку/І.К. Верещагін, Л.А. Косяченко, С.М. Кокін.- М .: Вища. шк., 1991. - 191 с.
