5.2.2.  Основные характеристики и параметры

Свойства фотодиодов можно характеризовать параметрами и зависимостями, аналогичными параметрам и зависимостям фото­резисторов. Однако у фотодиодов есть существенные отличи­тельные особенности. Так, световая характеристика фотодиода, т.е. зависимость фототока от освещенности, соответствует пря­мой пропорциональной зависимости фототока от освещенности. Связано это с тем, что толщина базы фотодиода значительно меньше диффу­зионной длины неосновных носителей заряда. Поэтому практически все не­основные носители, возникшие в базе в результате световой генерации, дохо­дят до p—n-перехода и принимают учас­тие в образовании фототока.

Следствием линейности световой характеристики фотодиода является независимость интегральной чувстви­тельности фотодиода от приложенного обратного напряжения. Поэтому одним из основных параметров фотодиода является не удельная интегральная чувствительность, а просто интеграль­ная чувствительность:

.

Другой особенностью фотодиодов и важным преимуществом их по сравнению с фоторезисторами является малая инерцион­ность. Вообще на инерционность фотодиодов могут влиять три физических фактора:

1) время диффузии или дрейфа неравновесных носителей заряда через базу ();

2) время их пролета через p—n-переход ();

3) время перезаряда барьерной емкости p—n-перехода, харак­теризующееся постоянной времени ().

В сплавных германиевых фотодиодах толщина базы составляет 20 – 30 мкм и время диффузии носителей заряда через базу фотодиода  50 нс.

Время пролета носителей через p—n-переход равно:

,

где  — толщина p—n-перехода;  – максимальная скорость дрейфа носителей заряда.

В германии и кремнии 5·10⁶ см/с, толщина p—n-перехода, зависящая от обратного напряжения и концентрации приме­сей в базе, обычно меньше 5 мкм. Следовательно, время пролета носителей через p—n-переход 0,1 нс.

Постоянная времени фотодиода () определяется барьерной емкостью p—n-перехода, зависящей от напряжения, и сопротивле­нием базы фотодиода при малом сопротивлении нагрузки во внешней цепи. Сопротивление базы у фотодиодов значительно больше, чем у других диодов, так как невыпрямляющий контакт к базе фотодиода расположен по краям базы, а не по всей по­верхности, чтобы не мешать прохождению света. Поэтому уменьшение толщины базы может привести не к уменьшению, а к увеличению сопротивления базы. Постоянная времени фотодиодов () получается порядка наносекунд. Таким образом, инерционность сплавных фотодиодов опреде­ляется временем диффузии носителей заряда через базу.

В диф­фузионных фотодиодах, создав ускоряющее электрическое поле в базе из-за неравномерного распределения примесей, можно понизить время пролета носителей через базу до нескольких наносекунд. В таких фотодиодах все три фактора оказывают приблизительно одинаковое влияние на инерционность.

Следовательно, фотодиоды  обладают  существенно меньшим временем установления, чем фоторезисторы. Граничная частота для обыч­ных фотодиодов составляет около 10 МГц. Для специальных фотодиодов с p-i-n-переходом достигнуты частоты порядка 1 ГГц.

Спектральная характеристика фотодиодов также определяет­ся со стороны больших длин волн шириной запрещенной зоны исходного полупроводникового материала, при малых длинах волн – большим показателем поглощения и увеличением влия­ния поверхностной рекомбинации носителей заряда с уменьшени­ем длины волны квантов света. Таким образом, коротковолновая граница фоточувствительности фо