Les photodiodes Principe

Les photodiodes
Ludovic Grossard, Laurent Delage
Département Mesures Physiques, IUT du Limousin
Université de Limoges
M 2303 : Systèmes optiques, 1re année de DUT Mesures Physiques
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Principe
Principe de la photodiode
Jonction PN formée d’un cristal semiconducteur (Si,
Ge) qui, lorsqu’on l’éclaire, émet un courant électrique
par effet photoélectrique.
Schéma électrique
A
i
−−−−→
V
les photons créent des paires électrons-trous
C
apparition d’un courant photo-induit :
iph = −αΦ
α : sensibilité en A/W
Φ : flux en W
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Principe
i
Courant circulant dans une photodiode non éclairée
"
i = i0 exp
qv
!
kT
#
−1
i0
v
q = 1, 6 · 10−19 C la charge de l’électron,
k = 1, 38 · 10−23 J/K la constante de B OLTZMANN,
T la température,
i0 est le courant d’obscurité,
v est la tension appliquée.
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Caractéristique courant tension
i
Courant circulant dans la photodiode éclairée
Φ
"
i = iph (Φ) + i0 exp
qV
kT
!
#
−1
i0
v
Le courant émis dépend de la tension de la tension v
Importance du conditionnement du capteur
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Le mode photoconducteur
i
Définition des quadrants
IV
I
v
III
C
+
−
II
on polarise la photodiode en inverse,
A
fonctionnement dans le IIIe quadrant, i et v sont
négatifs.
R
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Le mode photoconducteur
Détermination de la droite de charge
loi des mailles :
C
Up
A
i
v
R
u
u
= Up + v
−Ri
= Up + v
1
i = − (Up + v )
R
droite de pente −1/R
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Le mode photoconducteur
i
v < 0 donc exp
qv
kT
!
≈0
i ≈ iph − i0
V
courant d’obscurité qui limite la
détection de faibles flux
flux élevé : on peut négliger i0
u = −Ri = αR Φ
droite de charge
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si Φ est trop élevé : réponse non
linéaire → saturation
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