1. Контрольные вопросы

19. 1. Что такое эффект Зеебека?

20. 2. Чем отличаются измерительные головки ПИ-7 и ИМО-2Н?

21. 3. Можно ли используемый в работе ослабитель мощности применять при измерении ослабленного пучка неизвестным фотоприемником?

22. 4. В чем заключается болометрический эффект?

2. Лабораторная работа № 2. Исследование характеристик фотопреобразователей лазерного излучения

Цель работы: Изучение полупроводниковых фотодиодов. Исследование их характеристик в различных режимах работы.

1. Теоретическое описание

Фотодиодами называют приборы, основанные на внутреннем фотоэффекте. Явление внутреннего фотоэффекта объясняется взаимодействием падающих фотонов с кристаллической решеткой полупроводника, в результате которого происходит “ионизация” атомов кристаллической решётки с образованием свободных носителей зарядов - электронов и дырок, что приводит к изменению общего количества свободных носителей, т.е. к изменению проводимости полупроводника. Отметим здесь, что переходы электронов из связанного состояния в свободное могут происходить как из-за их теплового движения (темновая проводимость, темновой ток,... ), так и из-за поглощения фотонов, что сопровождается сильными фотоиндуцированными эффектами (фотопроводимость, фототок,...). Темновые и фотоиндуцированные эффекты аддитивны в силу различной физической природы.

Ф

Рис. 2.1. Иллюстрация работы фотодиода.

отодиоды используют явление односторонней проводимости. Остановимся на нём подробнее. Односторонняя проводимость p-n перехода возникает при освещении перехода или одной из его областей (например n-область на рис.2.1). Образовавшиеся в результате внутреннего фотоэффекта электроны и дырки диффундируют к p-n переходу, где дырки, несущие положительный заряд, просачиваются в p- область, а отрицательные электроны, для которых диффузионное поле перехода является запирающим, накапливаются в n- области. Таким образом, в зависимости от режима включения фотодиода на электродах появляется ЭДС (гальванический режим), либо при подключении к электродам источника питания - изменяется значение обратного тока (вольтаический режим).

1. Г Рис. 2.2. Схема включения фотодиода в гальваническом режиме. Альванический режим

В гальваническом режиме фотодиод включен по схеме, представленной на рис. 2.2. В отсутствии освещения через p-n переход и нагрузочный резистор (R_н) течёт ток термически генерированных носителей I_т (темновой ток). При освещении появляется дополнительный ток I_ф, пропорциональный мощности P, принимаемого фотодиодом излучения:

,

где S₁ - коэффициент пропорциональности, носит название коэффициента преобразования фотодиода по току и имеет размерность [A/Bт]. Общий ток в цепи описывается формулой:

,

где e - заряд электрона, - падение напряжения на нагрузке от протекающего в цепи тока, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура.

Поскольку схемная реализация гальванического режима (рис. 2.2) не использует сторонних источников питания, она обеспечивает весьма малый уровень шумов на выходе. Фотодиод в гальваническом режиме имеет малое внутреннее сопротивление (режим источника тока) и нагружается на цепи, схемы или элементы с малым входным сопротивлением.