Оптические свойства полупроводников

сигнал на входе в электрический сигнал на выходе фотодетектора.

характеризуется токовой чувствительностью Si. Токовая чувствительность – величина, характеризующая изменение

тока, снимаемого с фотоприемника при единичном изменении мощности падающего оптического излучения:

Si = dI/dP (А/Вт)

понятие вольтовая чувствительность – как величина, показывающая, на сколько изменится

напряжение на выходе фотоприемника, при единичном изменении мощности падающего лучистого потока:

излучения.
Перенос носителей и умножение за счет того или иного

механизма, характерного для данного прибора.
Взаимодействие тока с внешней цепью, обеспечивающее получение выходного сигнала.

иметь малые размеры
низкие управляющие напряжения и токи.

и в области пространственного заряда p-n перехода резко возрастает обратный

ток фотодиода.
Схема фотодиода:

поток электромагнитного излучения;
Е — источник постоянного тока;
RH — нагрузка

q Ln N po/tn

изменяется концентрация неосновных носителей, следовательно возрастает дрейфовая компонента тока, а

диффузионная не меняется.

IФ = qLp ∆P /tp + qLn∆N/tn = I∆PE +I∆NE

не зависит.
Область поглощения светового потока должна принадлежать промежутку (-Lp,n;Lp,n)
ВАХ

сдвигаются эквидистантно.

обусловлена равновесными и избыточными электронами в

р-области Iг - обусловлена термо- и фотогенерацией электронно-дырочных пар в области пространственного заряда p-n перехода Iр - обусловлена дырками в n-области Iт - плотность темнового тока Iф - добавка за счет действия оптического излучения
Вклад в In и Ip дают те носители, которые не рекомбинируют с основными носителями и достигают за счет диффузии p-n перехода.

омические контакты.
Схема фоторезистора:

коэффициент поглощения



Sф - площадь

где T -время релаксации, то коэффициент усиления по току

выражается:

пролета. Обычно у фоторезистора время ответа больше, чем у фотодиода,

поскольку между контактами большое расстояние и слабое электрическое поле.

  3. Обнаружительная способность.

приборы являются наиболее распространенными, так как толщину обедненной области можно

сделать такой, что обеспечивается оптимальная квантовая эффективность и быстродействие.

фотодетекторы, однако транзисторный эффект обеспечивает усиление фототока. По сравнению с

фотодиодом фототранзистор более сложен в изготовлении и уступает ему в быстродействии (из-за большей площади).

играет роль чувствительного элемента. На рисунке он показан в виде

диода с параллельно включенной емкостью, имеет большую площадь

току(50% и более). В режиме работы с плавающей базой фотоносители

дают вклад в ток коллектора в виде фототока Iph. Кроме того, дырки фотогенерируемые в базе, приходящие в базу из коллектора, уменьшают разность потенциалов между собой и эмиттером, что приводит к инжекции электронов через базу в коллектор.
Общий ток:

заряда диода с барьером Шоттки на основе полупроводника n-типа при

обратном смещении генерируемые электронно - дырочные пары разделяются электрическим полем, и дырки выбрасываются в металлический контакт, а электроны - в базу. Так как ОПЗ имеет малую ширину и примыкает к светоприемной поверхности, то такие фотодиоды обладают высокой квантовой эффективностью и высоким коэффициентом поглощения в области малых длин волн. Оптическое излучение полностью поглощается в ОПЗ фотодиода.

на основе контакта металл - полупроводник; назван в честь немецкого

учёного Вальтера Шоттки, создавшего в 1938—1939 г.г. основу теории таких диодов.

обеднена основными носителями, в этом случае в области контакта со

стороны полупроводника формируется область пространственного заряда ионизованных доноров или акцепторов и реализуется блокирующий контакт, или барьер Шоттки. Рассмотрим условие возникновения барьера Шоттки. Ток термоэлектронной эмиссии с поверхности любого твердого тела определяется уравнением Ричардсона:

Барьер Шоттки

полупроводник n-типа выберем условие, чтобы термодинамическая работа выхода из полупроводника

Фп/п была меньше, чем термодинамическая работа выхода из металла ФМе. В этом случае согласно уравнению Ричардсона ток термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника jп/п будет больше, чем ток термоэлектронной эмиссии с поверхности металла:
Ме > п/п ; jМе < jп/п
При контакте таких материалов в начальный момент времени ток из полупроводника в металл будет превышать обратный ток из металла в полупроводник и в приповерхностных областях полупроводника и металла будут накапливаться объемные заряды - отрицательные в металле и положительные в полупроводнике. В области контакта возникнет электрическое поле, в результате чего произойдет изгиб энергетических зон. Вследствие эффекта поля термодинамическая работа выхода на поверхности полупроводника возрастет. Этот процесс будет проходить до тех пор, пока в области контакта не выравняются токи термоэлектронной эмиссии и соответственно значения термодинамических работ выхода на поверхности.

затворе:
а) VG = 0;
б) VG > 0, прямое смещение;
в) VG 

0, обратное смещение

ярко выраженный несимметричный вид. В области прямых смещений ток экспоненциально

сильно растёт с ростом приложенного напряжения. В области обратных смещений ток от напряжения не зависит. В обоих случаях, при прямом и обратном смещении, ток в барьере Шоттки обусловлен основными носителями - электронами. По этой причине диоды на основе барьера Шоттки являются быстродействующими приборами, поскольку в них отсутствуют рекомбинационные и диффузионные процессы. Зависимость тока от напряжения обусловлена изменением числа носителей, принимающих участие в процессах зарядопереноса. Роль внешнего напряжения заключается в изменении числа электронов, переходящих из одной части барьерной структуры в другую.

Вольт-амперная характеристика
барьера Шоттки

2 — эпитаксиальная плёнка;
3 — контакт металл — полупроводник;

4 — металлическая плёнка;
5 — внешний контакт

запрещенной зоной используется как окно, которое пропускает оптическое излучение с

энергией, меньшей чем ширина запрещенной зоны без заметного поглощения. И тогда эффективность фотодиода будет зависеть только от того, на каком расстоянии расположен p-n переход от светоприемной поверхности.
Важно использовать гетеропереход с малой величиной обратного темнового тока, которую можно обеспечить, сводя к минимуму плотность граничных состояний, ответственных за появление, например, части тока, обусловленной фотогенерацией электронно-дырочных пар в ОПЗ p-n перехода. Это обеспечивается за счет согласования постоянных решеток обоих полупроводников

напряжение, достаточное для развития ударной ионизации в ОПЗ, то есть,

сила фототока, квантовый выход и чувствительность возрастают в М раз (М - коффициент лавинного умножения). Преимущество заключается в том, что они имеют меньшее значение мощности, эквивалентной шуму.

пробоя, обычно порядка нескольких сотен вольт для кремниевых приборов), происходит усиление фототока

(примерно в 100 раз) за счёт ударной ионизации ( лавинного умножения) генерированных светом носителей заряда.

энергия образовавшегося под действием света электрона увеличивается под действием внешнего приложенного поля и может превысить порог ионизации вещества, так что столкновение такого «горячего» электрона с электроном из валентной зоны может привести к возникновению новой электрон-дырочной пары, носители заряда которой также будут ускоряться полем и могут стать причиной образования всё новых и новых носителей заряда.

2 — антиотражающее покрытие

коэффициент умножения для электронов (и дырок). Этот коэффициент сильно зависит

от приложенного напряжения, температуры и профиля легирования. требование : стабилизация питающего напряжения и температуры, либо учёт температуры задающей напряжение схемой

до 6, в зависимости от характеристик материала и структуры p —

n-перехода

Зависимость тока (I) и коэффициента умножения (M)от обратногонапряжения (U) на ЛФД.

пропорциональны ёмкости ЛФД

параллельные связаны с механическими колебаниями прибора и

поверхностными токами утечки.

Другим источником шума является фактор избыточного шума (excess noise factor),bvF. В нем описываются статистические шумы, которые присущи стохастическому процессу лавинного умножения M в ЛФД. Обычно он выражается следующим образом:

- соотношение коэффициентов ударной ионизации для дырок и электронов.