На сайте 100500 рефератов в 150 категориях	Искать реферат
Рефераты на 5 с плюсом С нашим сайтом написать реферат проще простого

Фотоприемники с внутренним усилением

Категория: Технологии

версия для печати

Страница: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

в — фототиристор.

Эквивалентная электрическая схема таких приборов может быть сведена к комбинации фотодиода и одного или нескольких транзисторов. Если коэффициент усиления транзисторной части эквивалентной схемы составляет h21ЕКВ, то токовая чувствительность фотоприемника с усилением в h21ЕКВ раз выше, чем чувствительность эквивалентного диода.

РАЗДЕЛ2. Фотодиод с внутренним усилением

Инжекционные Фотодиоды

Инжекционные фотодиоды (ИФД) — новый класс фотоприемников. В них реализуется внутреннее Инжекционное усиления. Основные принципы работы ИФД были сформулированы в конце 50-х годов, однако в полной мере возможности практического использования изучены лишь в последнее время.

ИФДпредставляет собой pin-структуру (мал.2.1), на которую подается напряжение в пропускном направлении. Длина высокоомной базовой i-области, что представляет собой компенсированное глубокими примесями полупроводник, в несколько раз (3-10 и более) превышает длину диффузионного смещения неосновных носителей заряда Ln, г. Такие структуры называют также длинными диодами. При подключенииисточники питания они работают в режиме биполярной инжекции.

Мал.2.1 Структура диода с длинной базой.

Фотоэлектрические Инжекционное усиления заключается в том, что засветка из области собственного или примисного поглощения, модулируя сопротивление базовой области , вызывает дополнительную смену инжекции носителей через pn-переход. Освещение приводит к изменению сопротивлениябазы как за счет непосредственного увеличения концентрации носителей (как в фоторезистора), так и за счет изменения параметров, определяющих распределение неуравновешенных носителей в базовой области (время жизни, биполярная подвижность и др.).. В отличие от обычных фотоприемников (оберненозмищени фотодиоды, фототранзисторы), в которых используется фотодиодныхэффект-распределение неуравновешенных носителей потенциальным барьером, в ИФД сочетаются фоторезистивний эффект с инжекцией через прямозмищений переход. Поскольку инжектуючий pn-переход включен последовательно с сопротивлением базовой области, то изменение последнего приводит к изменению инжекционного тока и последующей модуляции сопротивления базы. Таким образом обеспечивается усилениеначального (первичного) фототока, т.е. самопомноження тока. Вклад инжектированных носителей в увеличение интегральной проводимости полупроводника намного превышает вклад носителей, возбужденных светом. В качестве критерия эффективности ИФД проводят сравнение его чувствительности с фоточувствительностью аналогичного (эквивалентного) фоторезистора, изготовленного изтого же материала, что и база диода, и что имеет те же геометрические размеры.

Коэффициент инжекционного усиления (отношение фоточувствительности ИФД и фоторезистора) можно представить в виде произведения Kип = KjKg. Здесь Kj отражает вклад в полное Инжекционное усиления компоненты, обусловленной внутренним положительной обратной связью; Kj характеризует различиев крутизне ВАХ инжекционного диода и аналогичного фоторезистоpa. Если участок ВАХ S-диода вблизи точки срыва, где крутизна большая, достаточно устойчив, то и усиление Kj может быть большим. Оно реализуется как при собственной, так и при примисний засветке.

Величина Kg характеризует усиление, обусловленное непосредственно влиянием засветки на параметрыраспределения неуравновешенных носителей в базе. Поэтому его называют «параметрическим» усилением. Особенно сильно оно проявляется при примисний засветке.

За счет усиления с помощью положительной обратной связи (Kj) нельзя добиться увеличения добротности фотодиода (произведение коэффициента усиления на полосу пропускания), потому что вместе с фотовидповиддюв Kj раз возрастает инерционность. Увеличение добротности можно добиться в принципе лишь при параметрическом усилении.

Инжекционное усиления при (-механизме фотопроводимости может проявляться при действии собственного и примиснои засветок и связанное с перезарядкой примисних уровней в базе диода. Существует критическая интенсивность оптической генерации gкр , такая,что при g gкр, проводимость базы существенно возрастает и существенным становится падение напряжения на pn-переходе. Напряжение при этом слабо зависит от интенсивности засветки, а ток срыва заметно увеличивается с ростом g.

Пренебрегаяпадением напряжения на pn-переходе, коэффициент усиления можно записать в виде: Kип = Изр0 / (Изр0 — И) где Изр0 — плотность cтруму срыва при отсутствии освещения. Вблизи точки срыва Kg = 2, Kj = 0,5 Изр0 / (Изр0 — И). При И x2192 Изр0 усиление может быть очень большим.

Инжекционное усиления при примисний засветке. Существует принципиальное различиепри воздействии собственного и примиснои засветок на физические процессы в диодах с длинной базой на основе высокоомных компенсированных полупроводников. Анализ общего уравнения биполярного переноса показывает, что параметры, определяющие распределение неуравновешенных носителей в базе (биполярная подвижность (, биполярный коэффициент диффузии D и др.)., Явно зависят только отхарактера примиснои засветки и концентрации неосновных носителей. «Параметрическое» Инжекционное усиления при действии света, слабого по интенсивности, реализуется даже при отсутствии какого-либо заметного перезарядки глубоких центров.

Дрейфовая приближения переноса носителей справедливо, если длина базы диода более чем на порядок превышает длинудиффузионного смещения. Примисна засветка увеличивает (и тем самым способствует росту глубины протяжки инжектированных носителей вглубь базы с помощью дрейфа в электрическом поле.

, Так как Кип ~ U. При достаточно больших напряжениях значение Кип может быть очень большим (102 и более) . Факторами, ограничивающими коэффициент усиления сверху, есть разные механизмы инжекционногопробоя.

Рис. 2.2. Токовая фоточувствительность Si (U) BAX ИФД с

Ge (кривые 1 и 3) и аналогичного фоторезистора

(кривые 2,4) при примисний засветке (Т = 77К)

Фотоэлектрические усиления в полном виде можно выразить равенством:

,

где tp и tn — времена пролета дырок и электронов через базу; (p / tp — коэффициент усиленияэквивалентного фоторезистора (материал базы диода — полупроводник p-типа); отношение (n / tn отображает Инжекционное усиления диода относительно чувствительности фоторезистора.

Разогрев носителей электрическим полем может приводить к появлению на ВАХ диода участка постоянного напряжения (вертикаль). При этом стационарный примисний фототок настолько сильно возрастает,что возникает его дополнительное (по сравнению со случаем отсутствия полевого разогрева) Инжекционное усиления, может составлять несколько порядков. В этом случае в условиях инжекционного пробоя полупроводника, когда происходит резкое увеличение фоточувствительности, при модуляции примисного света частота спада фототока обратно пропорциональна устойчивому токовыеи существенно зависит от отношения времени жизни носителей.

Поглощение света инжектированных носителей в pin-структурах также сопровождается инжекционным усилением. Падающее излучение за счет светового разогрева носителей изменяет параметры Dn, Dр, (n, (p, (n, (p. Усиление фототока при этом может достигать нескольких порядков.

Фотодиодыс инжекционным усилением перспективные для создания высокоэффективных фотоэлектрических устройств, чувствительных практически во всех областях оптического спектра. ИФД отличаются хорошими предельными характеристиками. Использование их возможно как в аналоговом, так и в дискретном режимах.

Количество материалов, в которых наблюдалось Инжекционное усиления,очень велика. Это, например, германий, компенсированный Au, Hg, Сu и др.., Кремний что имеет глубокие уровни Zn, В и др.. Инжекционное усиления изучалось в диодах на основе бинарных соединений и твердых растворов. В зависимости от ширины запрещенной зоны полупроводника и глубины залегания примесей ИФД могут работать как при комнатной, так и при более низких температурах.

Значительнаячасть исследований проведена для ИФД, чувствительных в ИК области спектра (например, диоды на основе Ge, InSb). Однако обнаруженные закономерности инжекционного усиления в основных чертах распространяются и на диоды на основе широкозонного материалов, чувствительные в более коротковолновой области спектра.

Фотоприемники с инжекционным усилением перспективные для использованияФотодиоды

= 0,9 мкм, малую инерционность (~ 0,5 нс), низкий порог (до 10-15 Втx2219Гц-1 / 2).

Страница: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7]

версия для печати