АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Принцип работы фотоприемных приборов

Читайте также:
  1. B. Основные принципы исследования истории этических учений
  2. ERP-стандарты и Стандарты Качества как инструменты реализации принципа «Непрерывного улучшения»
  3. I. Задания для самостоятельной работы
  4. I. КУРСОВЫЕ РАБОТЫ
  5. I. ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
  6. I. Структурные принципы
  7. II. Выполнение дипломной работы
  8. II. ДИПЛОМНЫЕ РАБОТЫ
  9. II. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
  10. II. Принципы процесса
  11. II. Принципы средневековой философии.
  12. II. СВЕТСКИЙ УРОВЕНЬ МЕЖКУЛЬТУРНОЙ КОММУНИКАЦИИ ОТНОСИТЕЛЬНО ПРИНЦИПОВ ПОЛИТИЧЕСКОЙ СПРАВЕДЛИВОСТИ

Работа фотоприемных приборов (фотоприемников) основана на использовании внутреннего фотоэффекта в твердых телах. Поглощаемые полупроводником кванты освобождают носи­тели заряда либо атомов решетки, либо атомов примеси. Поскольку для каждого из этих пе­реходов требуется некоторая минимальная энергия, характерная для данного материала, ка­ждый тип фотоприемника имеет определенную длинноволновую границу λгр, определяе­мую формулой

(4.11)

где λгр - выражается в мкм; Е2, Е1 - в эВ.

Разность Е2 – Е1 - энергетический зазор при переходе «зона-зона» (1) или «примесный уровень-зона» (2, 3) (рис. 4.12, а). Е2 соответствует Епр; Е1 - то же Евал.

Рассмотрим принцип действия фотоприемного прибора на основе р-n-перехода (рис. 4.12,6). При поглощении фотона в полупроводнике образуются пары электрон-дырка. При их разделении возникает фототок, причем электроны перемещаются в n-области, а дырки - в р-области.

в
Е
Длинные
Rн
Короткие
Средние
λ
p
n
б
x
а
Рисунок 4.12. Принцип действия фотоприемного прибора: а-энергетическая диаграмма; б-процессы в р-n-переходе; в-распределение электрического поля в структуре

Вероятность разделения созданной фотоном пары электрон-дырка выше в том случае, если эта пара образуется в области полупроводника, находящейся под воздействием элек­трического поля. Альтернативой разделения является обычная рекомбинация пары элек­трон-дырка, при которой не происходит какого-либо смещения заряда и, таким образом, не вносится вклад в фототок Электрическое поле распределяется в кристалле полупровод­никового прибора неравномерно. В диффузионных областях р- и n-типа поле намного сла­бее, чем в области между ними, известной под названием обедненного слоя. Для эффектив­ной работы фотоприемника необходимо, чтобы наибольшее число фотонов поглощалось в обедненном слое, т.е. фотоны не должны поглощатъся, пока не вышли за пределы обеднен­ного слоя.

Глубина проникновения фотона в полупроводник до поглощения зависит от его длины волны. Фотоны с малой длиной волны поглощаются вблизи поверхности а фотоны с боль­шей длиной волны могут проникать через всю толщу кристалла. Поэтому для обеспечения широкой спектральной характеристики необходимо, чтобы кристалл фотодиода имел очень тонкий слой, допускающий проникновение фотонов с малой длиной волны, и толстый обедненный слой для получения максимального фототока от длинноволновых фотонов.



Толщина обедненной области зависит от удельного сопротивления полупроводника в этой области и от обратного смещения. Обедненный слой существует и в том случае, когда обратное смещение не приложено. Это обусловлено наличием «встроенного» поля, которое образуется вследствие диффузии через переход неосновных носителей. Напряжение обрат­ного смещения расширяет обедненную область.

Размеры обедненного слоя при любом напряжении больше в тех пpиборах, у которых вблизи р-n-перехода материал имеет более высокое удельное сопротивление. В то же вре­мя на обеих противоположных поверхностях кристалла для изготовления омических кон­тактов требуется низкое удельное сопротивление. Фотоприемники с р-n-переходом, напри­мер солнечные батареи, изготавливают методом диффузии примеси р-типа в материал n-ти­па c низким удельным сопротивлением. Малая толщина диффузионного р-слоя обеспечива­ет высокую чувствительность к фотонам с малой длиной волны, но, чтобы расширить обед­ненную область для создания высокой чувствительности к фотонам с большой длиной вол­ны, требуется относительно высокое обратное смещение. Глубокая диффузия примеси р-ти­па ухудшает чувствительность к излучению с малой длиной волны, но благодаря созданию «плавного» перехода дает возможность уменьшить напряжение смещения, необходимого для обеспечения хорошей чувствительности к излучению с большой длиной волны. Для по­вышения чувствительности к фотонам с малой и большой длинами волн при низком обратном смещении между р- и n-областями используют слой с высоким удельным сопротивле­нием, получивший название i-слоя. Фотоприемники, имеющие i-слой, получили название p-i-n-структур. Такой прибор имеет тонкую диффузионную р-область (на которую падает поток излучения) и более толстую диффузионную n-область с другой стороны высокоомной кремниевой пластины. В фотоприемниках с р-i-n-структурой i-слой имеет такое высоко удельное сопротивление, что даже при нулевом смещении обедненный слой распространя­ется от р-слоя примерно на половину глубины i-слоя. При обратном смещении до 5 В обед­нение распространяется вплоть до n-слоя и наблюдается эффект «смыкания». Поскольку пробивное напряжение превышает 200 В, часто желательно устанавливать режим работы при обратных напряжениях, превышающих напряжение смыкания, чтобы поддерживать полное обеднение i-слоя даже при высоких уровнях потока излучения. Это обеспечивает наилучшую линейность и быстродействие.

‡агрузка...

Качество фотоприемника может быть оценено введением параметра квантовая эффек­тивность. В идеальном случае каждый фотон должен генерировать один электрон фотото­ка. Квантовая эффективность η, таким образом, измеряется как число электронов на фотон. На практике часто используют в качестве основного рабочего параметра фоточувстви­тельность Sф, А/Вт,

(4.12)

где λ - длина волны фотона, мкм; Iф - фототок, А; Фе - поток излучения, Вт.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 |


Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.004 сек.)