Фотодиоды
Фотодиоды – это полупроводниковые фотоэлектрические приборы с одним p-n-переходом и двумя контактами, принцип действия которых основан на использовании внутреннего фотоэффекта.
Устройство фотодиодов подобно устройству обычных диодов (рис. 1.54, а), но в корпусе 2 (если он металлический), в который помещен диод, имеется стеклянное окно 1, через которое на диод падает свет. Стекло окна прозрачно для той части спектра, к которой должен быть чувствителен активный элемент фотодиода. Если корпус пластмассовый, полимерный материал должен быть прозрачным для нужной части спектра. Обычно свет направляют перпендикулярно плоскости p-n-перехода (реже – параллельно). Условное обозначение фотодиода дано на рис. 1.54, б.
Рис. 1.54. Устройство фотодиода
В качестве полупроводниковых материалов используют германий, кремний, селен, арсенид индия, сульфид кадмия и др. Фотодиод может работать в режиме фотогенератора и в режиме фотопреобразователя. В первом случае под действием света на зажимах фотодиода создается фото - ЭДС. Такие фотодиоды называют полупроводниковыми фотоэлементами. Во втором случае в цепь фотодиода включают источник питания, создающий обратное смещение p-n-перехода (рис. 1.55). Если фотодиод не освещен, он ведет себя как обычный диод, через него проходит обратный ток, образованный неосновными носителями заряда областей р и n (в данном случае его можно назвать темновым). Если на фотодиод падает свет, то вследствие внутреннего фотоэффекта в обеих областях фотодиода генерируются пары носителей заряда. Неосновные носители заряда, для которых поле p-n-перехода является ускоряющим, могут легко преодолеть p-n-переход и попасть в смежную область (дырки n-области – в область p, а электроны р-области – в область n) и тем самым внести свой вклад в общий ток неосновных носителей заряда фотодиода. Ток неосновных носителей, вызванный освещением, не зависит от напряжения, приложенного к р-n-переходу, он пропорционален световому потоку и называется световым током или фототоком.
Рис. 1.55. В цепь фотодиода включен источник питания, создающий обратное смещение p-n-перехода
При этом следует отметить, что одновременно с процессом генерации пар носителей заряда происходит и их рекомбинация. Поэтому достигнут p-n-перехода и перейдут через него только те носители, диффузионная длина которых 
больше ширины области р или n. Кроме того, интенсивность света уменьшается по глубине облучаемого тела, поэтому генерация пар носителей происходит в основном на внешней облучаемой поверхности. Если ширина облучаемой области меньше диффузионной длины дырок, что соответствует реальным структурам фотодиодов, фототок в фотодиоде будет обусловлен движением дырок области n.
На рис. 1.56 представлена вольт-амперная характеристика фотодиода 
для различных значений светового потока Ф. Характеристика при Ф = 0 представляет собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики диода, т.е. характеристику темнового потока. Отношение фототока 
к вызвавшему его световому потоку Ф называют фоточувствительностью:
Рис. 1.56. Вольт-амперная характеристика фотодиода для различных значений светового потока Ф
Чувствительность кремниевых фотодиодов равна 3 мА/лм, германиевых – 20 мА/лм, сернисто-серебряных – 10-15 мА/лм. Фотодиоды обладают значительной инерционностью из-за конечного времени диффузии носителей заряда к p-n-переходу и прохождения их через область объемного заряда в p-n-переходе. Кроме того, на инерционность влияет также время зарядки емкости р-n- перехода. Частотные характеристики фотодиодов зависят от материалов, из которых они выполнены, а также от толщины и площади p-n-перехода. Менее инерционны германиевые и кремниевые диоды. Существенным недостатком фотодиодов является зависимость их параметров от температуры.