Фотоприймачi з внутрiшнiм пiдсиленням
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
Львiвський Державний Унiверситет
РЖм. РЖ.Франка
Кафедра нелiнiйноi оптики
РЕФЕРАТ
на тему:
тАЮФотоприймачi з внутрiшнiм пiдсиленнямтАЭ
Виконали:
Студенти факультету прикладноi
математики та iнформатики
II-го курсу групи ПМРЖ - 21
Ганцаж Андрiан та
Тимовчак Степан
Львiв 1999
Змiст:
1. Загальнi принципи роботи фотоприймачiв (ФП).
2. Основнi характеристики i параметри ФП.
3. Рiзнi типи внутрiшнього пiдсилення в ФП:
звичайне пiдсилення на основi p-n-переходу (бiполярнi
транзистори);
iнжекцiйне пiдсилення;
лавинне пiдсилення;
5. Застосування ФП з внутрiшнiм пiдсиленням.
6. Перспективи.
ФОТОПРОВРЖДНРЖСТЬ НАПРЖВПРОВРЖДНИКРЖВ
Оптична генерацiя носiiв току. Вiльнi носii, що беруть участь в електропровiдностi напiвпровiдника i знаходяться з решiткою у термодинамiчнiй рiвновазi, зявляються в результатi термiчноi генерацii. Вони називаються зрiвноваженими, а провiднiсть у цьому випадку зрiвноваженою провiднiстю. Поява вiльних електронiв i дiрок може бути повязана з iншими чинниками, зокрема, iз поглинанням оптичного випромiнювання. Носii струму, що виникли в матерiалi, минаючи термiчне збудження, називаються незрiвноваженими. Вiдповiдно i надлишкова провiднiсть називаСФться незрiвноваженою.
При поглинаннi фотона електронно-дiркова пара одержуСФ деяку надлишкову енергiю i квазiiмпульс. Зрiвноважений розподiл фотоносiiв по енергiях i квазiiмпульсах встановлюСФться за час, менший часу перебування у вiдповiдних зонах. Тому вони встигають "термолiзуватися", тобто розподiл iх по енергiях i квазiiмпульсах стаСФ таким же, як i для зрiвноважених електронiв i дiрок. Повна електропровiднiсть:
= q(nn0 + pp0 + nn + pp),
де n0 i p0 зрiвноваженi концентрацii електронiв i дiрок; n, p незрiвноваженi iх концентрацii.
Фотопровiднiсть:
ф = q(nn + pp)
При h Eg концентрацiя незрiвноважених електронiв i дирок пропорцiйна швидкостi оптичноi генерацii, тобто g = a()Nф, де Nф потiк фотонiв, () квантовий вихiд фотоiонiзацii (кiлькiсть електронно-дiркових пар, утворених одним квантом свiтла).
Пiдсилення фотоструму. В однорiдному напiвпровiднику фотострум:
Iф = qGKф,
де G повна генерацiя; Kф = n / tn + p / tp коефiцiСФнт пiдсилення; tn ,tp часи прольоту електронiв i дiрок мiж електродами при довжинi зразка d i прикладенiй напрузi U:
tn = d2 / (n U), tp=d2/(p U)
В результатi:
Kф = (n / tn + p / tp)U / d2
Iф = qG(n / tn + p / tp)U / d2
Фiзичний змiст коефiцiСФнта пiдсилення полягаСФ в тому, що, утворена свiтлом незрiвноважена провiднiсть в напiвпровiднику зберiгаСФться до того часу, поки не рекомбiнуються в обСФмi чи не вийдуть з нього через контакти в зовнiшнiй ланцюг залишковi носii. Оскiльки електрони i дiрки мають рiзнi рухливостi, то при досить великих напругах електричного поля (коли час прольоту електрона через зразок буде менший часу життя) за час до рекомбiнацii електронно-дiрковоi пари вiд контакту до контакту пройде електронiв бiльше, нiж один. Якщо час життя i рухливiсть не залежать вiд поля, то фотострум повинен лiнiйно зростати зi збiльшенням прикладеноi напруги чи зменшенням вiдстанi мiж контактами. Така залежнiсть буде зберiгатись доти, поки час прольоту дiрок не зменшиться до часу життя. Пiсля цього фотострум перестаСФ зростати, так як ефективний час життя незрiвноваженоi електронно-дiрковоi пари починаСФ спадати пропорцiйно до прикладеного електричного поля, що компенсуСФ збiльшення швидкостi iх руху. В цiй областi змiщень швидкодiя збiльшуСФться. Нелiнiйна залежнiсть фотоструму може бути звязана з виникненням обСФмного заряду в напiвпровiднику з залежнiстю вiд електричного поля рухливостi i часу життя носiiв внаслiдок iх тАЬрозiгрiвутАЭ, тобто збiльшення швидкостi вище тепловоi при данiй температурi.
Для власного поглинання в областi малих змiщень при рiвномiрнiй по обСФму генерацii електронно-дiркових пар змiна незрiвноваженоi провiдностi визначаСФться рiвнянням:
dф / dt = q(n + p)G - ф / ф,
де ф = (nn + pp)( nn / n + pp / p)-1
Це СФ час релаксацii фотопровiдностi (час життя незрiвноваженоi провiдностi) i визначаСФ темп затухання незрiвноваженоi провiдностi ф.
В стацiонарному станi (dф / dt = 0) фотопровiднiсть:
Фст = q(n + p)Gф
Видно, що чим вище ф, тим бiльша фотопровiднiсть, але i бiльший час встановлення стацiонарного стану, тобто бiльша iнерцiйнiсть фотоприйомного приладу i менша полоса пропускання f. Якiсть фотоприймача оцiнюСФться його добротнiстю
Q = Kфf
Для кожного типу фотоприймача з лiнiйним механiзмом пiдсилення фотоструму його добротнiсть СФ величина постiйна .Виграш в коефiцiСФнтi пiдсилення супроводжуСФться пропорцiйним зменшенням полоси пропускання i навпаки.
ХАРАКТЕРИСТИКИ РЖ ПАРАМЕТРИ ФОТОПРИЙМАЧРЖВ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИЙМАЧРЖВ
Фотоприймачi