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3.2 Die Photodiode 37
Das Verhältnis aus Photostrom und Strahlungsleistung IPh
ˆΦ
bzw. Photostrom
IPh
und Bestrahlungsstärke und PD-Fläche ist die PD-Empfindlichkeit
SPD = IPh
ˆΦ
Ê·APD
= IPh
Ê · APD
= η · e−
. (36)
h · ν
Der Photostrom addiert sich zum Sperrstrom der Photodiode und verhält
sich nach Gl. 36 proportional zur Strahlungsleistung. Im Stromkreis einer
negativ vorgespannten bestrahlten Photodiode (UPD ≪ 0) fließt ein negativer
Didodenstrom
IPD ≈ −IS0 −
η · e−
h · ν ˆ Φ.
Da der Sperrstrom auch ohne Bestrahlung der Photodiode auftritt, trägt er
bei der Photodiode oft auch die Bezeichnung Dunkelstrom IDark.
Der Proportionalitätsfaktor SPD = η·e−
h·ν ist wellenlängenabhängig, da sich
einmal die Lichtfrequenz ν im Nenner der Empfindlichkeit befindet und diese
über c = λ · ν mit der Wellenlänge verknüpft ist. Eine weitere wellenlängenabhängige
Größe stellt im Zähler der Empfindlichkeit der Quantenwirkungsgrad
η(λ) dar. Der Quotient aus je Zeiteinheit erzeugten mittleren
Anzahl an elektrischen Ladungsträgern µNq zur mittleren Anzahl der pro
Zeiteinheit einfallenden Photonen µNPhoton (λ) definiert
η(λ) =
µNq
≤ 1. (37)
µNPhoton (λ)
Die mittlere Anzahl an einfallenden Photonen errechnet sich aus der optischen
Energie des Lichts WLicht bezogen auf die Energie eines Photons
WPhoton.
µNPhoton (λ) =
WLicht
WPhoton(λ) =
T�
�
0 APD
ÊDepth(λ, dDepth) dA dt
h · ν
(38)
Ändert sich die Bestrahlungsstärke in der Photodiode ÊDepth(λ), so ändert
sich auch µNPhoton (λ). Die exponentielle Abnahme der Bestrahlungsstärke
beschreibt Gl. 39 nach [28].
ÊDepth(λ, dDepth) = ÊSurface · e −(β(λ)·dDepth) (39)
An der PD-Oberfläche tritt die maximale Bestrahlungsstärke ÊSurface auf.
Mit zunehmendem Abstand von der PD-Oberfläche dDepth sinkt die Bestrahlungsstärke
exponentiell, Gl. 39. Damit ist eine geringere mittlere Anzahl