Фотодиоды с р-i-n-структурой

Расширение частотного диапазона фотодиода (W) без снижения его чувствительности воз­можно в p-i-n-структурах (рис. 4.15).

В p-i-n структуре i-область заключена между двумя областями противоположного ти­па электропроводимости и имеет удельное сопротивление в (10⁶... 10⁷) раз больше, чем со- противление легированных областей n- и р-типов. При достаточно больших обратных на­пряжениях сильное и почти однородное электрическое поле напряженностью Е распростра­няется на всю i-область.

Поскольку эта область может быть сде­лана достаточно широкой, такая структура создает основу для получения быстродейст­вующего и чувствительного приемника. Дырки и электроны, появившиеся в i-облас­ти за счет поглощения излучения, быстро разделяются электрическим полем. Энерге­тическая диаграмма р-i-n-диода при обрат­ном смещении представлена на рис. 4.16. Око­ло 90% излучения поглощается непосредственно в i-области.

Повышение быстродействия обусловлено тем, что процесс диффузии через базу, харак­терный для обычной структуры, в p-i-n­ структуре заменяется дрейфом носителей через i-область в сильном электрическом поле.

Время дрейфа дырок t_др через i-область шириной h составляет

(4.19)

где Е - напряженность электрического поля в i-области; - подвижность дырок; ­скорость дрейфа дырок в электрическом поле.

При напряженности электрического поля примерно 2·10⁶ В/м достигается максимальная скорость дрейфа носителей v = (6... 8) 10⁴ м/с. В этом случае при h = 10^-2 см по­лучим t_др ~ (10^-9... 10^-19) с. Диапазон чaстот для этого диода ∆f 10⁹ Гц. Это быстродействующие кремневые фото­диоды.

Отношение времени дрейфа t_др но­сителей через i-область в фотодиоде с p-i-n –структурой к времени диффузии t_диф через базу в р-n-фотодиоде можно представить в виде

(4.20)

где - тепловой потенциал; D_p - ко­эффициент диффузии дырок. Так как , следова­тельно, уже, начиная с U_обр = 0,1-0,2 В фотодиоды с р-i-n-структурой имеют преимущество в быстродействии.

Таким образом, фотодиоды с р-i-n­ структурой имеют следую­щие основные достоинства:

- сочетание высокой чувствитель­ности (на длине волны λ ~ 0,9 мкм практически достигнут тео­ретический предел чувствитель­ности S_ф ~ 0,7 A/Вт) и высокого быстродействия;

- возможность обеспечения высокой чувствительности в длинноволновой области спек­тра при увеличении ширины i-области;

- малая барьерная емкость;

- малые рабочие напряжения в фотодиодном режиме, что обеспечивает электрическую совместимость р- i- n-фотодиодов с интегральными микросхемами.

К недостаткам р-j-п-структуры следует отнести требование высокой чистоты i-базы и плохую технологическую совместимость с тонкими легированными слоями интегральных схем.

Поиск по сайту: