Fotodiode

Considerand caracteristica curent-tensiune a unei jonctiuni p-n a unui semiconductor, fotoida corespunde functionarii in cadranul I I I, deci cu polarizare inversa. In aceasti regiune fotocurentul variazi lin iar cu iluminarea.

Din aceasta cauza fotodiodele sunt indicate pentru masurari cantitative de iluminare.

In absenta radiatiei luminoase (Φ=0) exista un foarte mic curent invers numit curent de intuneric (I_L). Daca suprafata fotosensibila a jonctiunii este iluminata , in jonctiune se genereaza perechi de purtatori de sarcina care duc la cresterea curentului invers.

In functie de semiconductorul din care se realizeaza jonctiunea fotoidele pot fi din germaniu, siliciu, In-Sb, In-As. Cele mai raspandite fotoide sunt cele din siliciu. In figura de mai jos prezentam structura de baza a unei fotoide planare din siliciu.

Stratul de siliciu p⁺ este suficient de subtire pentru a permite radiatiei luminoase sa ajunga la jonctiune. Structura este introdusa intr-o carcasa metalica prevazuta cu o fereastra de sticla plana sau cu o lentila care sa focalizeze lumina pe portiunea fotosensibila a jonctiunii.

Alta solutie constructiva este de a incapsula structura de baza in material plastic transparent in zona fotosensibila. Jonctiunea poate fi iluminata normal sau paralel.

Structura planara prezinta un avantaj important, si anume curent de intuneric mic, ceea ce conduce la un raport semnal - zgomot mare, fotoidele putand fi utilizate si la intensitati luminoase joase.

Structura de baza a unei fotodiode cu SI                    Fotodioda in carcasa metalica

Structura unei fotodiode PIN             Variatia capacitatii jonctiunii iin functie

de tensiunea inversa

Fotodiodele cu regiunile ,p' ,n' puternic dopate si cu stratul de baraj (w) mare, de tip intrisec se numesc diode PIN. Avantajele fotodiodelor PIN sunt urmatoarele: rapiditate, raspuns spectral larg, dinamica mare, zgomot foarte redus.

Un parametru important al fotoidelor este capacitatea jonctiunii. Deoarece capacitatea este invers proportionala cu grosimea w a stratului de baraj, fotoidele PIN vor avea o capacitate a jonctiunii mult mai mici decat celelalte fotoide, fiind deci mai rapide. De asemenea, capacitatea este invers proportionala cu radicalul tensiunii inverse. De aceea se recomanda folosirea fotoidelor la tensiuni inverse mari.

Caracteristica de sensibilitate spectrala a fotoidei prezinta, ca si la celelalte fotodetectoare, un maxim. Fotoida cu SI prezinta un maxim in jurul lungimii de unda 800nm.

Caracteristica de directivitate normata, la fel ca la orice fotodetector, reprezinta dependenta dintre valoarea relativa a fotocurentului I_L / I_{L max} si valoarea deplasarii unghiulare fata de axa optica a fotodetectorului. Fotodetectoarele cu lentila au o directivitate mai pronuntata decat cele cu fereastra plana.

Caracteristica de sensibilitate spectrala                                 Simbolul si polarizarea

pentru un fotodetector                                      unei fotodiode

In domeniul infrarosu se utilizeaza fotoidele din Ge, InAs. Astfel fotoidele din Ge au sensibilitate maxima pentruλ=1,6μm, iar cele din InAs pentru λ=3,5μm, acestea din urma putand fi folosite la detectia unor fluxuri foarte slabe.