Фотоприймачi з внутрiшнiм пiдсиленням
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
и дуже великим (102 i бiльше). Чинниками, що обмежують коефiцiСФнт пiдсилення зверху, СФ рiзнi механiзми iнжекцiйного пробою.
Мал. 2.2. Струмова фоточутливiсть Si(U) BAX РЖФД з
Ge (кривi 1 i 3) i аналогiчного фоторезистора
(кривi 2,4) при примiснiй засвiтцi (Т = 77К)
Фотоелектричне пiдсилення в повному виглядi можна висловити рiвнiстю:
Kф ? 2 ,
де tp i tn часи прольоту дiрок i електронiв через базу; p/tp коефiцiСФнт пiдсилення еквiвалентного фоторезистора (матерiал бази дiода напiвпровiдник p-типу); вiдношення n/tn вiдображаСФ iнжекцiйне пiдсилення дiода стосовно чутливостi фоторезистора.
Розiгрiв носiiв електричним полем може призводити до появи на ВАХ дiода дiлянки постiйноi напруги (вертикаль). При цьому стацiонарний примiсний фотострум настiльки сильно зростаСФ, що виникаСФ його додаткове (в порiвняннi з випадком вiдсутностi польового розiгрiву) iнжекцiйне пiдсилення, що може складати декiлька порядкiв. У цьому випадку в умовах iнжекцiйного пробою напiвпровiдника, коли вiдбуваСФться рiзке збiльшення фоточутливостi, при модуляцii примiсного свiтла частота спаду фотоструму обернено пропорцiйна сталому струмовi i iстотно залежить вiд вiдношення часу життя носiiв.
Поглинання свiтла iнжектованими носiями в p-i-n-структурах також супроводжуСФться iнжекцiйним пiдсиленням. Падаюче випромiнювання за рахунок свiтлового розiгрiву носiiв змiнюСФ параметри Dn, Dр, n, p, n, p. Пiдсилення фотоструму при цьому може досягати декiлькох порядкiв.
Фотодiоди з iнжекцiйним пiдсиленням перспективнi для створення високоефективних фотоелектричних пристроiв, чутливих практично у всiх областях оптичного спектру. РЖФД вiдрiзняються гарними граничними характеристиками. Використання iх можливе як в аналоговому, так i в дискретному режимах.
Кiлькiсть матерiалiв, у яких спостерiгалося iнжекцiйне пiдсилення, дуже велика. Це, наприклад, германiй, компенсований Au, Hg, Сu i iн., кремнiй що маСФ глибокi рiвнi Zn, В i iн. РЖнжекцiйне пiдсилення вивчалося в дiодах на основi бiнарних зСФднань i твердих розчинiв. В залежностi вiд ширини забороненоi зони напiвпровiдника i глибини залягання домiшок РЖФД можуть працювати як при кiмнатнiй, так i при бiльш низьких температурах.
Значна частина дослiджень проведена для РЖФД, чутливих у РЖЧ областi спектру (наприклад, дiоди на основi Ge, InSb). Проте виявленi закономiрностi iнжекцiйного пiдсилення в основних рисах поширюються i на дiоди на основi широкозонних матерiалiв, чутливi в бiльш короткохвильовiй областi спектру.
Фотоприймачi з iнжекцiйним пiдсиленням перспективнi для використання у функцiональних вузлах мiкроелектронноi апаратури (S-дiоди), в пристроях криоелектронiки. Чутливiстю iнжекцiйних фотоприймачiв можна керувати, використовуючи спiльну дiю свiтла i магнiтного поля. Фоточутливiсть можна пiдвищити, створюючи в базi градiСФнт концентрацii домiшок або роблячи РЖФД складовою частиною бiполярного або одноперехiдного транзистора.
ЛАВИННРЖ ФОТОДРЖОДИ
Широкий розвиток лазерноi технiки викликав необхiднiсть створення швидкодiючих фотодетекторiв, що мають високу чутливiсть до свiтла з визначеною довжиною хвилi i мають властивостi вутрiшнього пiдсилення. Лавиннi фотодiоди (ЛФД) широко використовуються для реСФстрацii i вимiрювання в рiзноманiтних системах опрацювання оптичноi iнформацii, виявлення слабких випромiнювань, зоряноi орiСФнтацii i навiгацii та iн. Найбiльш широко розвинуте застосування ЛФД у волоконно-оптичних лiнiях звязку (ВОЛЗ). ЛФД на основi кремнiю мають внутрiшнСФ пiдсилення до 103, високу чутливiсть (до 100 А/Вт) на довжинi хвилi =0,9 мкм, малу iнерцiйнiсть (~0,5 нс), низький порiг (до 10-15 ВттАвГц-1/2).
Ефекти лавинного множення у напiвпровiдниках.
У звичайному фотодiодi при поглинаннi свiтла виникають електронно-дiрковi пари, причому при поглинаннi одного фотона утвориться одна електронно-дiркова пара. Неосновнi носii цих пар або рекомбiнують, або протiкають через p-n-перехiд, породжуючи фотострум. У ЛФД носii, що проходять через p-n-перехiд, одержують в сильному полi переходу енергiю, достатню для ударноi iонiзацii атомiв решiтки, i створюють на своСФму шляху повторнi пари. В результатi струмовий сигнал за рахунок лавинного множення збiльшуСФться. Для розвитку лавини необхiдне виконання двох умов: товщина збiднiлоi областi p-n-переходу, у якiй зосереджене внутрiшнСФ електричне поле, повинна перевищувати довжину вiльного пробiгу неосновних носiiв заряду; енергiя, що накопичуСФться неосновними носiями в областi переходу, повинна бути достатньою для збудження валентних електронiв напiвпровiдника, тобто перевищувати порiг ударноi iонiзацii:
qUi = (2...3)Eg. (2.1)
Мал.2.3. Структура ЛФД (а), розподiл електричного поля (б).
При виконаннi цих умов створюються повторнi пари носiiв, що роздiляються полем переходу. Товщина областi обСФмного заряду переходу i напруженiсть внутрiшнього електричного поля в нiй при даному зсувi залежать вiд структури дiода i вiд питомого опору напiвпровiдника (мал. 2.3).Тому напруга лавинного пробою повязана з питомим опором матерiалу
Uл.п = b (для Ge b = 85, = 0,62). (2.2 )
Лавинне пiдсилення фотоструму, що проходить через освiтлений p-n-перехiд, використовуСФться в ЛФД, що працюють у передпробiйному режимi. Зале?/p>