Материал: 6_Оптоэлектронные полупроводниквые приборы
6.14 |
Фотодиоды на p-n-переходе |
Структура фотодиода Схема включения ВАХ фотодиода Iф = Sинт·Ф, где Sинт – интегральная чувствительность.
Длинноволновое излучение поглощается за ОПЗ, а коротковолновое – перед ней. Если пары генерируются на расстоянии от границ ОПЗ, большем диффузионной длины, то электроны и дырки успевают рекомбинировать, не достигнув ОПЗ. Поэтому они не дают никакого вклада в фототок.
Чтобы сгенерированным носителям достичь границ ОПЗ, требуется определенное время. Поэтому электрический сигнал на световой импульс возникает с запаздыванием. Это ограничивает рабочий диапазон частот (для кремниевых фотодиодов на уровне 10 МГц).
6.15 |
Лавинные фотодиоды |
Рабочее напряжение Uобр близко к Uпр.
Коэффициент лавинного умножения М: показатель n зависит от типа проводимости,, от длины волны излучения, от материала и конструкции ЛФД.
M |
|
1 |
|
, |
|
|
|
||
|
|
n |
||
|
1 Uобр |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Uпр |
|
|
Для кремниевых ЛФД n = 3,4–4,0 (генерация пар - в p-области, а лавина образуется электронами). Если генерация пар - в n-области, а лавина образуется дырками, то n = 1,2–2,0.
Значение М находится в диапазоне от 10 до 100 (но может достигать 1000). Инерционность лавинных фотодиодов составляет примерно 0,3 нс.
Охранное кольцо уменьшает ток утечки вблизи краев перехода и предотвращает пробой.
ЛФД делают из соединений A3B5 (InР, GaSb) или твердых растворов н
Структура лавинного фотодиода |
(InGaAs, InGaAsР, AlGaAsSb). |
|
Также из A2B6, например, CdHgTe. |
||
|
6.16 |
Структура p-i-n-фотодиода
Р-і-п-фотодиоды
Толщина i-слоя составляет 500–700 мкм.
Свет поглощается в основном в i-слое, парам никуда диффундировать не надо, поэтому быстродействие велико.
Это же обеспечивает высокую квантовую эффективность (на уровне 80%).
Поскольку толщина i-области довольно большая, то p-i-n-ФД имеет малую Сбар.
Фотодиоды с барьером Шоттки
При поглощении коротковолнового излучения возникают переходы 1. Чем меньше λ, тем ближе к поверхности поглощаются фотоны. Итог: λгр ↓
|
|
При поглощении длинно- |
|
|
|
волнового излучения возникают |
|
|
|
переходы 2. В результате: λгр ↑ |
|
|
|
Высокие быстродействие и |
|
Зонная диаграмма |
Структура ФДШ |
чувствительность. |
|
Простота изготовления. |
|||
|
|
6.17 |
Биполярные фототранзисторы |
Обычно ФТ включают по схеме с ОЭ с нагрузкой в коллекторной цепи. База – «плавающая». Роль Iб выполняет световой поток, генерирующий электронно-дырочные пары, разделяемые полем коллекторного перехода.
Иногда используют базовый вывод (для температурной стабилизации и регулировки ВАХ фототранзистора).
Фототранзисторы могут усиливать сигнала, возникший при Ф>0, но обладают невысоким быстродействием. Их постоянная времени порядка от 1 до 10 мкс. Технология сложнее, чем у фотодиодов. Поэтому в основном они применяются в схемах управления силовыми цепями.
6.18 |
Полевые фототранзисторы |
При Ф>0 концентрация электронов
Полевой ФТ с управляющим p-n-переходом
МДП-фототранзистор со встроенным каналом n-типа
в канале ↑, Rкан ↓, IС ↑.
Фототок создает падение напряжения на RЗ, которое уменьшает обратное напряжение на переходе канал-затвор, создаваемое внешним источником Е. В результате этого толщина ОПЗ ↓, площадь сечения канала ↑, что вызывает дополнительный рост IС.
МДП ФТ работает в режиме обогащения канала, т.е. UЗИ>0.
При Ф>0 в подложке вблизи p-n- перехода генерируются пары, разделяемые полем перехода.
В результате Rкан увеличивается, IС также увеличивается.