_{МИНОБРНАУКИ РОССИИ}

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)

Кафедра КЭОП

отчет

по лабораторной работе №1

по дисциплине «КОЭ»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ФОТОДИОДОВ

Студент гр. 5209		Хабибулин А.Р. Соловьев В.А. Тузов И.С.
Преподаватель		Ламкин И.А.

Санкт-Петербург

2018

Цель работы.

Целью работы является исследование характеристик и определение основных параметров приемников оптического излучения – полупроводниковых фотодиодов.

Теоретические данные.

Фотодиоды в настоящее время являются наиболее распространенными приемниками излучения. Основным элементом фотодиода является р‑n‑переход, наличие потенциального барьера и внутреннего электрического поля в котором создает благоприятные условия для пространственного разделения носителей заряда, созданных в результате фотоактивного поглощения света. Это позволяет использовать фотодиодные структуры как для детектирования электромагнитного излучения оптического диапазона, так и для генерирования фото-ЭДС и преобразования оптической мощности в электрическую.

Рассмотрим p-n-переход, на который со стороны p-области падает оптическое излучение с энергией фотонов ħω, как это показано на рис. 1. Будем считать, что коэффициент поглощения k_ω в полупроводнике не очень велик и свет глубоко проникает в структуру, достигая области объемного заряда и n-области. В этом случае в соответствии с законом Бугера–Ламберта в каждой из областей фотодиодной структуры будет происходить поглощение фотонов с энергией ħω > E_g. Электроны, находящиеся в валентной зоне, в результате квантовых переходов с поглощением фотона будут переходить в свободное состояние в зоне проводимости, а на их месте в валентной зоне появятся дырки, т. е. будет происходить процесс генерации электронно-дырочных пар (внутренний фотоэффект). У фотонов с ħω < E_g будет недостаточно энергии для генерации пар, и фотоактивного поглощения происходить не будет.

Рис. 2. Блок-схема для исследования характеристик фотодиода

Вольтамперные характеристики фотодиода измеряются как без освещения (светодиод отключен), так и при различных мощностях излучения, падающего на фотодиод. Напряжение смещения подается от блока питания для измерения ВАХ. Изменение величины светового потока производится путем регулирования прямого тока, пропускаемого через светодиод. Для измерения нагрузочных характеристик используется набор резисторов с разными величинами сопротивления.

Экспериментальные результаты.

Таблица 1. Темновой ВАХ фотодиода.

Icд	0 мА
U,В	-0,6	-0,4	-0,2	0	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
I,мА	0	0	0	0	0,000002	0,000002	0,000033	0,000306	0,000821

Таблица 2. ВАХ фотодиода при освещенности 5 мА.

Icд	5	мА
U,В	-0,6	-0,4	-0,3	-0,2	-0,1	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
I,мА	-0,24	-0,24	-0,23	-0,23	-0,23	-0,23	-0,23	-0,23	-0,23	-0,19	0,04	0,66

Таблица 3. ВАХ фотодиода при освещенности 10 мА.

Icд	10	мА
U,В	-0,6	-0,4	-0,3	-0,2	-0,1	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
I,мА	-0,52	-0,52	-0,52	-0,52	-0,52	-0,52	-0,52	-0,52	-0,52	-0,41	0,25	0,55

Таблица 4. ВАХ фотодиода при освещенности 15 мА.

Icд	15	мА
U,В	-0,6	-0,3	-0,2	-0,1	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
I,мА	-0,8	-0,8	-0,8	-0,8	-0,8	-0,8	-0,8	-0,8	-0,39	-0,26	0,13

Таблица 5. ВАХ фотодиода при освещенности 20 мА.

Icд	20	мА
U,В	-0,6	-0,3	-0,2	-0,1	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
I,мА	-1,09	-1,09	-1,09	-1,09	-1,09	-1,09	-1,09	-1,09	-1,09	-0,48	1,25

Таблица 6. ВАХ фотодиода при освещенности 25 мА.

Icд	25	мА
U,В	-0,6	-0,3	-0,2	-0,1	0	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
I,мА	-1,33	-1,33	-1,33	-1,33	-1,33	-1,33	-1,33	-1,33	-1,33	-0,48	1,38

Таблица 7. Световая характеристика фотодиода.

Icд, мА	0	5	10	15	20	25
Uхх, В	0	0,44	0,47	0,49	0,5	0,5

Таблица 8. Световые характеристики фотодиода при 0 и 12 кОм.

Rн, кОм	0
Icд, мА	0	5	10	15	20	25
Iфд, мА	0	-0,23	-0,51	-0,8	-1,09	-1,34
Rн, кОм	12
Icд, мА	0	10	10	15	20	25
Iфд, мА	0	0,003	0,003	0,045	0,045	0,045

Таблица 9. Нагрузочные характеристики фотодиода.

Iсд	20	мА
R,Ком	0	1	12	62	100	200	300	5MOm	10MOm
Iфд	-0,36	-0,33	-0,04	-0,01	0	0	0	0	0
Uфд	0	0,32	0,48	0,49	0,49	0,49	0,49	0,49	0,49