Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
ПБФД отличаются от обычных малым значением темнового тока (~10-7 А/см2) и малой постоянной времени схемной релаксации (тр = RC = 1 не).
На основе PbSe изготовляют ПБФД с Я' = 6 мкм. Пленки p-типа толщиной 2—б мкм выращивают на подложке из BaF2 шириной примерно 0,35 мкм. Поверхностный барьер формируют напылением на них свинца. Омические контакты создают напылением на них платины. Такие ПБФД площадью 10_3 см2 при 77 К имеют омическое сопротивление 1,5—74 кОм, D — 1,8х X 1010 см-Гц1/2/Вт и квантовую эффективность до 70%. Постоянная времени ПБФД составляет единицы наносекунд.
У ПБФД наблюдаются тепловой, дробовый и токовый шумы. При работе на высоких частотах, при небольших обратных смещениях (~6 В) основную роль играют тепловой шум сопротивления нагрузки.
124
ФДр—i—л-типа. Увеличить ширину потенциального барьера можно в р+—i—л+-структурах, представляющих собой собственный полупроводник i с большим удельным сопротивлением (в 10е— 107 раз более высоким, чем л- и p-области), ограниченный с двух сторон сильно легированными слоями л- и p-типов (рис. 4.15, в). На л- и p-области наносят контакты. Такие ФД получили название р—i—л-фотодиодов. В таких ФД при приложении к контактам напряжения смещения сильное равномерное внутреннее электрическое поле электронно-дырочного перехода сосредоточено в i-области. При малой толщине освещаемого слоя р- или л-типа (0,5 мкм) падающее излучение поглощается в i-слое. Постоянная времени такого р i—л-ФД определяется временем пролета носителей через переход [при /-области 0,1 мм т == (1,7-М ,3) X X 10~9 с]. При небольшой площади перехода (~-2х10“4 см2) и значительной толщине t-слоя емкость перехода мала и время схемной релаксации 10~и—10~12 с.
Частотная характеристика p—i—п-фотодиодов в коаксиальном исполнении (корпус представляет собой часть коаксиального кабеля) с площадью перехода около 2-10"4 см8 простирается до частот примерно 2-10 ГГц. Темновой ток р - i—л-фотодиодов приблизительно равен (1--8)-10“8 А.
Структура р i—л является одной из основных структур высокочастотных ФД [57].
§ 4.4. Приемники излучения с внутренним усилением фототока
Лавинные фотодиоды (ЛФД). Такие фотодиоды позволяют реализовать внутреннее усиление фототока за счет электрического пробоя р л-перехода и образования лавинного процесса размножения поступающих в р—л-переход неосновных носителей. При достаточном обратном электрическом смещении р—«-перехода образовавшиеся при освещении неосновные носители ускоряются электрическим полем и сталкиваются с решеткой кристалла в области р—л-перехода, образуя дополнительные электронно-дырочные пары (рис. 4.16, о), которые, в свою очередь, совершают
Рис. 4,16. Лавинный процесс в ЛФД (а) и вольт-амперные характеристики ЛФД (6)
125
такой же процесс. В результате входной ток /вх усиливается в М раз, где М = 1ВЫх/1вх — коэффициент умножения лавинного фотодиода; /вых — выходной ток ЛФД.
Лавинные фотодиоды обычно работают в предпробойном режиме, поэтому коэффициент М очень чувствителен к колебаниям напряжения Vnep, приложенного к области заряда в р—«-переходе. Для инженерных расчетов ЛФД используют эмпирическую зависимость [33]
где Упр — напряжение лавинного пробоя, при котором М -»-оо; п = 1,4-г-б зависит от ионизационной способности электронов и дырок используемого полупроводника; V0 — внешнее напряжение источника; Rn ¦— сопротивление нагрузки.
Максимальный коэффициент умножения М наблюдается при Упер == Упр-
где А — площадь р—п-перехода; г8 — последовательное сопротивление ФД; /вх — плотность входного тока, /вх = /ф -f- /т.
Вольт-амперные характеристики ЛФД приведены на рис. 4.16,6. Как видно из рисунка, при повышении ]/п характер увеличения тока для разных потоков Ф различен, так как при увеличении Ф концентрация носителей заряда сильно возрастает, что экранирует объемный заряд р—n-перехода и снижает напряженность поля в его области. Это ограничивает /вых и уменьшает М.
Лавинные фотодиоды представляют собой полупроводниковые аналоги ФЭУ с лучшим, чем у ФЭУ, отношением сигнал/шум. Коэффициент умножения темнового и светового токов зависит от приложенного напряжения. Значение достижимого коэффициента умножения М лавинного фотодиода зависит от сопротивления г8, фоновой засветки и значения темнового тока и для кремниевых ФД равно 104—10е, а для германиевых — 102—103.
Коэффициент усиления полного тока увеличивается с увеличением обратного напряжения, а коэффициент умножения М светового тока /ф имеет максимум при напряжении пробоя. В ЛФД используются либо широкий р—n-переход, либо р—i—п-переход, либо поверхностный барьер Шоттки. Так как дырки имеют больший коэффициент ударной ионизации, освещаемая область становится гс-типа.
Основные виды шумов ЛФД: дробовый, зависящий от коэффициента умножения /дР лфд = flpM*, где х = 2—3, а также токовый, увеличивающийся более чем в М раз по сравнению с токовым шумом обычного ФД, что ухудшает порог чувствительности. Современный кремниевый ЛФД с рабочей поверхно-
=_Lp*
' ВХ
126
а)
База
ф
Фотодиод
Эмиттер + 6
. d*~-?
'I Коллектор,
