Фотоелектричния ефект в р-М - преход

Когато възникне осветен р-п-преход електрически активен светлина, способен да предизвика образуването на не-равновесни носители в краищата на отворения прехода EMF наречен фотоволтаични. Ако р-п-преход включени в затворена верига, то ще тече ток IPH. наречено първична фототок. Този ефект се нарича фотоволтаичния ефект, iliventilnym фотоелектричния ефект.

Помислете за физическата природа на този ефект. Фиг. 7.13 е показано равновесното р-п-възел, р-регион, който се облъчва със светлина поток F интензитет I0 на. причиняване на поколение в областта на електрон-дупка двойки. скоростта на производство се определя от израза (6.43)

където # 945; - коефициент на отражение на повърхността,

# 946; - квантов добив.

Електрически активна светлина вече абсорбира в тънък слой в близост до повърхността на носители, които дифундират в полупроводника. Ако р-п-възел се намира на дълбочина от LP

Фиг. 7.13. р-п-преход: а - образуването на фото-едн; б - диаграма лента

Преходът ще тече основната фототока IPH. и се срещна с топлинна дрейф ток е. Тъй като е налице динамично уравновесяване на тока, като се вземат предвид (7.38), можем да пишете израза

Тъй като. експресия (7.87) под формата

където # 946; - събиране на фактор на относителния дял на превозвачи, които са достигнали прехвърлянето без рекомбинация.

Ако такава включват р-п възел в обратна посока във веригата, съдържаща източник на захранване, обратен ток в него jobr. JF срещу (фиг. 7.14, а). Този режим на работа се нарича фотодиод.

Общият ток през кръстовището е равно на

Уравнение (7.90) се нарича общо уравнение фотодиод.

Фиг. 7.14. Фотодиод: А - електрическа схема; б - CVC

От последния връзката че Кодът за проверка облъчва р-п възел (фотодиод) измества по оста на ординатата пропорционална на интензитета на светлината (фиг. 7.14, б).

Ако р-н кръстовище е отворен. стойността на фотоволтаични може да бъде определена от (7.90); ако приемем, че й = 0, а след това на фото-едн на празен ход е равно на

Ако р-п възел е накъсо. след това на умерени течения може да се предположи, че на напрежението в кръстовището е нула. След ток на късо съединение е фототока jkz = JF (фиг. 7.14, б)

В междинния случай, ако р-п възел е затворен чрез RL резистентност. ток през кръстовище и напрежението на фотодиод се определя от общ контрол (7.89) или

Този режим е р-п-преход е nazvanieventilnogo режим фотоклетка. Той участва в четвъртия квадрант.

Ако фотодиод р-п-възел работи в режим (фиг. 7.14, а) и работа, точката не надхвърля третата квадрант, ток през възел може да се счита равна JS + JF. и напрежението през кръстовището

където Iobr - пълен обратен ток през кръстовището.

Уравнение (7.89) се получава за идеализирания случай. В действителност, структура р-п-преход, и условията на производство и рекомбинацията се различават значително от тези разгледани. По-специално, радиация губи своята интензивност с дълбочината на проникване в полупроводник, и скоростта попада поколение носител

където # 945; - коефициент на поглъщане.

Следователно, дебелината на слоя, където генерирането е много малък (10 ---- -2 1 микрон). Значителен принос е направен и на повърхността рекомбинация на превозвачите. След това трябва да изберете условия LP <

където е - повърхностна скорост рекомбинация.

Първият термин в (7.96) описва тъмно ток, а вторият - фототока, която достига максимум, когато S = 0, т.е. в отсъствието на повърхност рекомбинация. При равни други условия трябва да има коефициент на дифузия Dp максималната и минималната стойности LP и с.

За по-ефективно отстраняване на носители от повърхността на р-п-възел е оформен така, че неравномерното разпределение на примеси генерира, когато повърхността. Това води до създаването на полето, прилагани в тази област.

област преход Разделяне ефективност генерирани носители на заряд, характеризиращи фоточувствителност равни стъпки относителна фототока # 916; ИФ за свикване на светлинен поток # 916; F

където # 916; P - нарастването на оптична мощност.

Горепосочените недостатъци на фотодиод въз основа на р-п-преход елиминира р-I-N фотодиоди, където между р- и п-регионите I-слой с вътрешна проводимост. Дебелината на този слой е избран достатъчно голям, LP >> Lp. , за да абсорбира светлината в тази област. I-слой при нормална температура на практика няма свободни носители. И когато всички обратната пристрастия прилага преходен напрежение ще падне на високо съпротивление и-слой. Двойки фотогенерирани в силно поле I-слой ще бъдат разделени по-ефективно, и photoresponse на такива диоди ще бъде по-бързо. Основното предимство на р-в-фотодиод е превключване на висока скорост и висока квантов ефект, тъй като дебелината на I-слой позволява по-голямата част на фотони абсорбира в този слой.

За да се увеличи фоточувствителността на фотодетектора като не често използват фотодиод и фототранзистор. където контрол се извършва от светлина прилага към долната област. Такава транзистор не се контролира от базовата ток, но светлинен поток. Фоточувствителността на фототранзистор е по-голяма, отколкото за фотодиод, тъй като на транзистора има печалба # 946; T. Тогава общият фототок на фототранзистор ще бъде равна

т.е. в # 946; 1 голяма фоточувствителност на други условия на фотодиод при равни други.

Масовото производство на CCD матрици се извършва Texas Instruments, Sony, Samsung, Kodak фирми и други. Сред българските производители може да се нарече RPC "Електронно Optronics" SPE "Silar" (София).

Като пример, производството на тези дружества може да предизвика CCD ISD-077, в които броят на елементите е 1040, когато размера на клетката 16x16 мм с обща фоточувствителна повърхност - 16.6 mm 2. В основата му проектиран malokadrovaya цифров фотоапарат SEC1077, предназначен за регистриране на изображения в ултравиолетово и видимите спектрални граници, използвани в астрономията, лекарството, технологията МАЕ.