Варикапы

В узкой области p-n перехода происходит разделение зарядов (см. рис ), то есть появление ёмкости.

Варикап – это полупроводниковый диод, в котором используется зависимость емкости p-n перехода от величины обратного напряжения и который предназначен для применения в качестве элемента с электрически изменяемой емкостью.

Рисунок 28 Вольтфарадная характеристика варикапа

Варикапы широко применяются в различных схемах для автоматической подстройки частоты, в параметрических усилителях, то есть в усилителях, в которых усиление достигается за счет использования каких-то электрических параметров элементов, входящих в состав усилителя.

Фотодиоды

Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе. Полупроводниковый фотодиод – это полупроводниковый диод, обратный ток которого зависит от освещенности.

Фотодиод может работать в двух режимах:

• фотогальванический — без внешнего источника энергии (в этом режиме получается высокая чувствительность к свету).

• фотодиодный — с внешним обратным напряжением

Обычно в качестве фотодиода используют полупроводниковые диоды с p-n переходом, который смещен в обратном направлении внешним источником питания (фотодиодный режим).

1 – кристалл полупроводника, 2 – контакты, 3 – выводы, Е – источник постоянного тока, R_н - нагрузка

Рисунок 29 Схема включения в фотодиодном режиме

При поглощении квантов света в p-n переходе или в прилегающих к нему областях образуются новые носители заряда. Неосновные носители заряда, возникшие в областях, прилегающих к p-n  переходу на расстоянии, не превышающей диффузионной длины, диффундируют в p-n переход и проходят через него под действием электрического поля. То есть обратный ток при освещении возрастает. Поглощение квантов непосредственно в p-n переходе приводит к аналогичным результатам. Величина, на которую возрастает обратный ток под действием света, называется фототоком.

Свойства фотодиода можно охарактеризовать следующими характеристиками.

а) вольт-амперная характеристика фотодиода представляет собой зависимость светового тока при неизменном световом потоке и темнового тока I_темн  от напряжения.

б) световая характеристика фотодиода, то есть зависимость фототока от освещенности, соответствует прямой пропорциональности фототока от освещенности. г) спектральная характеристика фотодиода – это зависимость фототока от длины волны падающего света на фотодиод.

д) постоянная времени – это время, в течение которого фототок фотодиода изменяется после освещения или после затемнения фотодиода в «е» раз (63%) по отношению к установившемуся значению после освещения.

е) темновое сопротивление – сопротивление фотодиода в отсутствие освещения (в фотодиодном режиме).

ж) интегральная (общая) чувствительность

 

где – фототок, – поток электромагнитного излучения.

Известно несколько типов фотодиодов.

p-i-n фотодиод

В p-i-n структуре средняя i-область заключена между двумя областями противоположной проводимости. При достаточно большом напряжении оно пронизывает i-область, и свободные носители, появившееся за счет фотонов при облучении, ускоряются электрическим полем p-n переходов. Это дает выигрыш в быстродействии и чувствительности (используются в СВЧ технике). Эти фотодиоды имеют недостаток - сложность получения высокой чистоты i-области.

Фотодиод Шоттки (фотодиод с барьером Шоттки).

Структура металл-полупроводник. При образовании структуры часть электронов перейдет из металла в полупроводник p-типа.

Лавинный фотодиод

В структуре используется лавинный пробой. Он возникает тогда, когда энергия фотоносителей превышает энергию образования электронно-дырочных пар. Лавинные фотодиоды за счет лавинного пробоя обладают очень высокой чувствительностью к обнаружению лучистого потока.