Xem mẫu
- Khi kh«ng cã ®iÖn thÕ ë ngoµi ®Æt lªn chuyÓn tiÕp (V=0), dßmg ®iÖn ch¹y qua
chuyÓn tiÕp i = 0, thùc tÕ dßng I chÝnh lµ dßng tæng céng cña hai dßng ®iÖn b»ng
nhau vµ ng−îc chiÒu:
- Dßng khuÕch t¸n c¸c h¹t c¬ b¶n sinh ra khi ion ho¸ c¸c t¹p chÊt (lç trong
trong b¸n dÉn lo¹i P, ®iÖn tö trong b¸n dÉn lo¹i N) do n¨ng l−îng nhiÖt cña c¸c h¹t
dÉn c¬ b¶n ®ñ lín ®Ó v−ît qua hµng rµo thÕ.
- Dßng h¹t dÉn kh«ng c¬ b¶n sinh ra do kÝch thÝch nhiÖt (®iÖn tö trong b¸n dÉn
P, lç trèng trong b¸n dÉn N) chuyÓn ®éng d−íi t¸c dông cña ®iÖn tr−êng E trong
vïng nghÌo.
Vïng nghÌo
Vïng chuyÓn tiÕp Ir
hν
P
P −
−+
N Vïng nghÌo
E +
N
Vb
H×nh 2.10 S¬ ®å chuyÓn tiÕp P - N vµ hiÖu øng quang ®iÖn trong vïng nghÌo
Khi cã ®iÖn ¸p ®Æt lªn ®i«t, hµng rµo thÕ thay ®æi kÐo theo sù thay ®æi dßng h¹t
c¬ b¶n vµ bÒ réng vïng nghÌo. Dßng ®iÖn qua chuyÓn tiÕp:
⎡ qV ⎤
I = I 0 exp ⎢ d ⎥ − I 0
⎣ kT ⎦
kT
= −26 mV ë 300K), chiÒu cao hµng rµo thÕ
Khi ®iÖn ¸p ng−îc ®ñ lín (Vd
- Sè h¹t dÉn ®−îc gi¶i phãng phô thuéc vµo th«ng l−îng ¸nh s¸ng ®¹t tíi vïng
nghÌo vµ kh¶ n¨ng hÊp thô cña vïng nµy. Th«ng l−îng ¸nh s¸ng chiÕu tíi vïng
nghÌo phô thuéc ®¸ng kÓ vµo chiÒu dµy líp vËt liÖu mµ nã ®i qua:
Φ = Φ 0 e − αx
Trong ®ã hÖ sè α ≈ 105 cm-1. §Ó t¨ng th«ng l−îng ¸nh s¸ng ®Õn vïng nghÌo
ng−êi ta chÕ t¹o ®i«t víi phiÕn b¸n dÉn chiÒu dµy rÊt bÐ.
Kh¶ n¨ng hÊp thô bøc x¹ phô thuéc rÊt lín vµo bÒ réng vïng nghÌo. §Ó t¨ng kh¶
n¨ng më réng vïng nghÌo ng−êi ta dïng ®i«t PIN, líp b¸n dÉn riªng I kÑp gi÷a hai
líp b¸n dÉn P vµ N, víi lo¹i ®i«t nµy chØ cÇn ®iÖn ¸p ng−îc vµi v«n cã thÓ më réng
vïng nghÌo ra toµn bé líp b¸n dÉn I.
Φ
P
−
I
+
N
H×nh 2.11 CÊu t¹o ®i«t lo¹i PIN
b) ChÕ ®é ho¹t ®éng
- ChÕ ®é quang dÉn:
S¬ ®å nguyªn lý (h×nh 2.12a) gåm mét nguån Es ph©n cùc ng−îc ®i«t vµ mét
®iÖn trë Rm ®Ó ®o tÝn hiÖu.
Ir -40 -30 -20 -10 0
ES
Th«ng l−îng
50µW 20
Vd
VR 100µW
ES Rm
+ 40
150µW
−
60
200µW
Ir
a) b)
H×nh 2.12 S¬ ®å nguyªn lý vµ chÕ ®é lµm viÖc
Dßng ng−îc qua ®i«t:
⎡ qV ⎤
I r = −I 0 exp ⎢ d ⎥ + I 0 + I p (2.40)
⎣ kT ⎦
- 35 -
- Trong ®ã Ip lµ dßng quang ®iÖn:
qη(1 − R )λ
Φ 0 exp(− αX )
Ip = (2.41)
hc
⎡ qV ⎤
Khi ®iÖn ¸p ng−îc Vd ®ñ lín, thµnh phÇn exp ⎢ d ⎥ → 0, ta cã:
⎣ kT ⎦
IR = I0 + IP
Th«ng th−êng I0
- Khi chiÕu s¸ng yÕu IP I0 vµ ta cã:
I
kT
VOC = log P
q I0
Trong tr−êng hîp nµy VOC cã gi¸ trÞ t−¬ng ®èi lín (cì 0,1 - 0,6 V) nh−ng phô thuéc
vµo th«ng l−îng theo hµm logarit.
VOC, V
0,4
0,2
0
0,1 1 10 100
Th«ng lu−îng, mW
H×nh 2.13 Sù phô thuéc cña thÕ hë m¹ch vµo th«ng l−îng
§o dßng ng¾n m¹ch: Khi nèi ng¾n m¹ch hai ®Çu ®i«t b»ng mét ®iÖn trë nhá h¬n
rd nµo ®ã, dßng ®o¶n m¹ch ISC chÝnh b»ng IP vµ tØ lÖ víi th«ng l−îng (h×nh 2.14):
I SC = I P
ISC,µV
20
10
0 0,1 0,2
Th«ng l−îng, mW
H×nh 2.14 Sù phô thuéc cña dßng ng¾n
m¹ch vµo th«ng l−îng ¸nh s¸ng
- 37 -
- §Æc ®iÓm quan träng cña chÕ ®é nµy lµ kh«ng cã dßng tèi, nhê vËy cã thÓ
gi¶m nhiÔu vµ cho phÐp ®o ®−îc th«ng l−îng nhá.
c) §é nh¹y
§èi víi bøc x¹ cã phæ x¸c ®Þnh, dßng quang ®iÖn IP tØ lÖ tuyÕn tÝnh víi th«ng
l−îng trong mét kho¶ng t−¬ng ®èi réng, cì 5 - 6 decad. §é nh¹y phæ x¸c ®Þnh theo
c«ng thøc:
∆I P qη(1 − R )exp(− αX )
S (λ ) = = λ
∆Φ hc
Víi λ ≤ λs.
§é nh¹y phæ phô thuéc vµo λ, hiÖu suÊt l−îng tö η, hÖ sè ph¶n x¹ R vµ hÖ sè
hÊp thô α.
S(λ) 1,0
S(λP)
0,6
0,4
0,2
0,1
0,04
1,0
0,4 0,6 0,8 1,2
λ (µm)
λP
H×nh 2.15 Phæ ®é nh¹y cña photodiot
Ng−êi sö dông cÇn ph¶i biÕt ®é nh¹y phæ dùa trªn ®−êng cong phæ håi ®¸p
S(λ)/S(λP) vµ gi¸ trÞ cña b−íc sãng λP øng víi ®é nh¹y cùc ®¹i. Th«ng th−êng S(λP)
n»m trong kho¶ng 0,1 - 1,0 A/W.
S (µA/µW)
0,4
T2
0,3
T1
0,2
0,1
T2>T1
0
0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 1,0
0,7
λ (µm)
H×nh 2.16 Sù phô thuéc cña ®é nh¹y vµo nhiÖt ®é
- 38 -
nguon tai.lieu . vn
