Útlum optického vlákna

Vedle slunečních článků jsou fotodiody provozovány v hradlovém režimu jako detektory s vysokou citlivostí. To je dáno tím, že jediným zdrojem v obvodu je právě fotodioda, což znamená výrazné omezení šumu ve srovnání s režimem fotovoltaickým („za tmy proud neteče“).

Ve fotovodivostním (odporovém) režimu se dioda chová jako pasivní prvek, jehož elektrický odpor klesá s intenzitou ozáření. Proto je fotodioda v sérii s ochranným rezistorem připojena ke zdroji napětí, který ji polarizuje do závěrného směru. Dopadající fotony generují volné elektrony a díry jako v případě fotovoltaického režimu. V tomto případě je však z důvodu závěrné polarizace na PN přechodu vyšší intenzita elektrického pole a tato oblast je širší a proto generované volné elektrony driftují vyšší rychlostí ke kontaktu katody, zatímco díry ke kontaktu anody. S rostoucí rychlostí nosičů se zvyšuje přenosová rychlost fotodiody (frekvenční šířka pásma). Proto se lze nejčastěji setkat s fotodiodou PIN, na jejíž střední oblasti o veliké ploše s téměř vlastní (intrinsickou) vodivostí o velikém odporu se dosáhne vysoké intenzity elektrického pole (rovnoměrně rozloženého). Toto pole zvyšuje rychlost nosičů a tím i šířku pásma. Nevýhodou je generace teplotně závislého proudu za tmy, což s sebou přináší přídavný šum a znemožňuje měření signálů s nízkou úrovní.

Nedostačuje-li citlivost těchto fotodiod, je možné použít lavinových PIN fotodiod , které vykazují vlastní zesílení. Toto zesílení fotoproudu je způsobeno přiložením velkého závěrného napětí, které urychluje dopadajícími fotony vzniklé nosiče náboje natolik, že při srážce s mřížkou krystalu polovodiče dojde k vyražení dalších (sekundárních) elektronů. Výhoda vlastního zesílení je vykoupena náročnější konstrukcí fotodiody a nutností polarizace diody. K tomu je zapotřebí kvalitní stabilizovaný zdroj napětí (Ge asi 30 V, Si 300 V), přičemž potřebná hodnota napětí je pro každou diodu (i ze stejného materiálu) různá.

Lavinová fotodioda – AVD (AValanche Photodiode), polovodičová součástka využívající lavinového efektu – prudké nárazové ionizace v závěrném směru. Vznik laviny je iniciován dopadem světla. Pracuje v impulzním režimu. Materiály používané pro lavinové fotodiody jsou nejčastěji Ge, Si a InGaAs.

PN přechod

Předpokládejme, že se nám podařilo nějakým způsobem vytvořit přechod PN, tj. rozdělit vzorek křemíku myšlenou rovinou. V jedné polorovině materiál dotujeme příměsemi typu n a ve druhé příměsemi typu p. V předchozím odstavci již bylo popsáno, že reálná technologie výroby přechodu PN je založena na faktu, že polovodič jednoho typu vodivosti lze ”předopovat” na opačný typ vodivosti. Skutečný PN přechod se tedy vyrábí tak, že se polovodič jednoho typu vodivosti obohatí v určitém objemu příměsemi opačného typu vodivosti; rozhraní tohoto objemu a původního objemu pak tvoří PN přechod. Obohacení příměsemi se děje nejčastěji buď termickou difuzí, kdy do polovodiče ohřátého na vysokou teplotu difundují skrze povrch polovodiče příměsi z atmosféry, která polovodič obklopuje, nebo tzv. iontovou implantací. Při iontové implantaci se atomy příměsí v plynném stavu ionizují, urychlují a fokusují do svazku s průměrem menším než mikron. Svazek dopadá na povrch polovodiče a proniká do hloubky, určené energií iontů. Při průchodu iontu materiálem dochází k jeho zachycení na určité pozici v krystalové mřížce a zároveň k jeho neutralizaci. Výhoda termické difuze je v relativně jednoduché technologii, výhoda iontové implantace ve velmi přesném vymezení obohacené oblasti.