Elektronika 1

Fotodiodlar

Bu yarim o‘tkazuvchi diodlar bo‘lib, ularda ichki effekt ishlatiladi (fotoeffekt nurlanish ta’sirida juft zaryad tashuvchilarning generatsiyasidan iborat). Yorug‘lik oqimi fotodiodning teskari tokini boshqaradi. Fotodiodga yorug‘lik ta’sirida fotoeffekt sodir bo‘ladi va diodning o‘tkazuvchanligi oshadi, teskari tok ko‘payadi. Bunday rejim fotodiodli deyiladi. Agar yorug‘lik oqimi bo‘lmasa, bunda diod orqali oddiy boshlanuvchi teskari tok oqadi va u qorong‘ilik toki deyiladi.

Odatda fotodiod sifatida N-p-o‘tishli yarim o‘tkazuvchi diodlar ishlatiladi, u tashqi ta’minlash manbai bilan teskari yo‘nalishda siljigan.
N-p-o‘tishida kvantlar yorug‘likni yutganida yoki unga yaqin hududlarda yangi zaryad tashuvchilari hosil bo‘ladi. Diffuzion uzunligidan oshmagan masofada n-p-o‘tishni atrofidagi hududlarda paydo bo‘lgan asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilari N-p-o‘tishga diffundirlanadi va elektr maydoni ta’sirida u orqali o‘tadi. Ya’ni teskari tok yuritilganda oshadi. N-p-o‘tishida bevosita kvantlarni yutilishi o‘xshash natijalarga olib keladi. Teskari tokni oshgan miqdori fototok deyiladi.
Fotodiodning hususiyatlari quyidagi tavsiflar bilan aniqlanadi:
a) fotodiodning volt-amper tavsifi – Bu o‘zgarmas yorug‘lik oqimidagi yorug‘lik toki- ning va qorong‘ilik Iq kuchlanishga bog‘liqligi.
b) fotodiodning yorug‘lik tavsifi, ya’ni fototok yoritilganlikka bog‘liq bo‘lib, fototokning yoritilganlikka to‘g‘i proporsionaldir. Bu fotodiodning Baza qalinligi asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilarning diffuzion uzunligidan ancha kichikligidir. Ya’ni bazada paydo bo‘lgan amaldagi barcha asosiy bo‘lmagan zaryad tashuvchilari fototokni hosil qilishida qatnashadi.
g) fotodiodning spektral tavsifi – bu fototokni fotodiodga tushayotgan yorug‘likni to‘lqin uzunligiga bog‘liqligi. U ta’qiqlangan zonaning eni bilan to‘lqinni katta uzunligi tomonidan aniqlanadi, kichik to‘lqin uzunligida – yutishni katta ko‘rsatkich va zaryad tashuvchilarning yuza rekombinatsiyasi ta’siri ko‘payishini yorug‘lik kvantlarini to‘lqin uzunligini kamayishi bilan. Ya’ni sezgirlikni qisqa to‘lqinli chegarasi baza qalinligi va yuza rekombinatsiya tezligiga bog‘liq. Fotodiodning spektral tavsifida maksimumni joylanishi yutish koeffitsiyentining oshish darajasiga qattiq bog‘liq:
d) vaqt doimiyligi – bu yoritilgandan keyin fotodiodning fototoki vaqt davomida o‘zgarishi yoki barqarorlashgan miqdoriga nisbatan fotodiodning Ye marotaba (63%) qorong‘ilashi;
e) qorong‘ili qarshilik – yoritilganlik bo‘lmaganda fotodiodning qarshiligi;
j) integral sezgirligi
K = If/F
Bu yerda If – fototok, F-yoritganlik;
3) inersiyalik.
Inersiyalikka ta’sir kusatuvchi uch fizik omillar mavjud:
1) baza orqali nomuvozanatli tashuvchilarnig diffuziya yoki drey vaqti L;
2) n-p o‘tishidan uchib o‘tish vaqti L1;
3) n-p o‘tishini to‘siqlik sig‘imini qayta zaryadkalash vaqti, doimiylik vaqt RC tus bilan ta’riflanadi.
Baza orqali zaryad tashuvchilarning diffuziyasi vaqtini aniqlash mumkin (tranzistorning bazasi orqali zaryad tashuvchilarning uchib o‘tish vaqtiga o‘xshash) dreyfsiz uchun:

va dreyfli uchun:

T_g=50 ns
N-p-o‘tish orqali uchib o‘tish vaqti:

bu yerda  - n-p-o‘tishni qalinligi, V_max – zaryad tashuvchilarning dreyfini maksimal tezligi (V_max – kremniy va germaniy uchun 5+10⁶см/s teng) teskari kuchlanish va bazadagi aralashmalar konsentratsiyasiga bog‘liq n-p o‘tishni qalinligi odatda 5 mkm kam, demak T1=0,1 ns. Tashqari zanjirda yuklanishni kichik qarshiligida fotodiodning baza qarshiligiga va kuchlanishga bog‘iq holda n-p-o‘tishni to‘siqli sig‘imi – RSto‘s aniqlanadi. RSto‘s miqdori bir nechta nanosekund.