Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Типовые структуры быстродействующих pin фотодиодов



Любой фотодиод является преобразователем оптического излучения в электрический сигнал, который основан на физических процессах, происходящих в р-n переходе. Поэтому, когда отсутствует внешнее электрическое поле, в области р-n перехода существует внутреннее электрическое поле, препятствующее движению носителей. При облучении перехода светом с энергией квантов, превышающей ширину запрещенной зоны, возникают электронно-дырочные пары, диффундирующие в область перехода. Там они разделяются внутренним полем, причем электроны перемещаются в n-область, а дырки — в р-область, генерируя тем самым ЭДС за счет фотовольтаического эффекта.

Аналогичный процесс можно наблюдать, если включить р-n переход в электрическую цепь и подать на него обратное напряжение. В этом случае в области перехода возникнет обедненный слой, в котором действует значительное электрическое поле, а носители заряда отсутствуют. При освещении диода возникшие в этой области носители разделяются и ускоряются полем таким образом, что электроны движутся в n-слой, а дырки в р-слой, создавая в результате этого ток, протекающий во внешней цепи р-n структуры. Из-за диффузионного движения носителей вне обедненного слоя обычные фотодиоды из германия и кремния характеризуются спадом частотной характеристики уже при нескольких десятках килогерц. Снизить влияние диффузионного движения носителей и улучшить характеристики диода можно, увеличив толщину обедненного слоя и напряжение смещения, но в таком случае снижается напряженность электрического поля. Для устранения этого недостатка создана p-i-n структура фотодиода — p-i-n фотодиод.

p-i-n фотодиод (p-i-n диод), является наиболее распространенным типом детектора оптического излучения, что объясняется простотой его производства и использования, достаточно высокой временной и температурной стабильностью и широкой полосой рабочих частот.

Основным отличием данного типа диодов от обычных диодов с р-n переходами является наличие между сильнолегированными р+ и n+ слоями полупроводника так называемого i-слоя, который представляет собой слаболегированный полупроводник п-типа толщиной несколько десятков микрометров. Ввиду отсутствия в i-слое свободных носителей его иногда называют обедненным слоем. Так как сильное легирование слоев увеличивает проводимость этих слоев, внешняя разность потенциалов, приложенная к р+ и п+ слоям, создает в i-слое градиент электрического поля. При подаче на p-i-n структуру напряжения обратной полярности из-за того, что в i-слое нет свободных носителей, данный слой поляризуется, и через нагрузку протекает постоянный ток Iт малого уровня, который носит название темпового тока. Значение этого тока определяется параметрами материала полупроводника, топологией p-i-n структуры и температурой окружающей среды. При воздействии на i-слой внешним излучением в нем образуются свободные электронно-дырочные пары, которые быстро разделяются и, ускоряясь приложенным электрическим полем, двигаются к электродам в противоположных направлениях, создавая во внешней цепи диода электрический ток Iph.



Так как энергия фотона обратно пропорциональна λ, идеальный фотодиод с невысокой степенью рекомбинации, генерируя одну электронно-дырочную пару на фотон, обусловливает пропорциональную длине волны чувствительность к оптическому излучению. При верхней критической длине волны энергия фотона становится ниже энергии запрещенной энергетической зоны, вызывая более или менее резкое падение чувствительности фотодиода. В зависимости от уровня запрещенной зоны материала, из которого выполнен фотодиод, различаются и его спектральные характеристики. Так, наиболее часто используемым материалом в области, близкой к инфракрасной (850 нм), является Si, тогда как Ge, InGaAs или InGaAsP используются для длин волн, превышающих 1 мкм.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!