Фотодиоды Шоттки

Упрощенная структура фотодиода с барьером Шоттки показана на рис. 4.17. На подложке сильно легированного кремния n+ выращивается тонкая эпитаксиальная пленка высокоомного полупроводника n-типа. Затем на тщательно очищенную поверхность материала n-типа напыляют тонкую (~0,1 мкм) полупрозрачную пленку, а поверх нее - ан­тиотражающее покрытие.

Структура и свойства контакта «металл – полупроводник» зависят от взаимного распо­ложения уровней Ферми в металле (U_Фм) и полупроводнике (U_Фпп). На рис. 4.18 показаны зонные диаграммы контакта «металл-полупроводник» для случая U_Фм < U_Фпп. При образо­вании контакта электроны переходят из полупроводника n-типа в металл. При этом вблизи границы «металл-полупроводник» создается объемный заряд положительных ионов доно­ров и, следовательно, электрическое поле.

Энергетические уровни вблизи поверхности полупроводника искривляются. Степень искривления уровней характеризуется поверхностным потенциалом U_пов. Его можно опре­делить разностью потенциалов между объемом и поверхностью полупроводника. При от­сутствии внешнего напряжения и оптического излучения переход находится в равновесном состоянии. Это состояние характеризуется равновесным поверхностным потенциалом U_пов0. Потенциальный барьер в пpиконтактном слое называют барьером Шоттки. Его высота U_пов0 является аналогом внутреннего потенциального барьера в р-n переходе. В зависимо­сти от полярности приложенного внешнего напряжения высота барьера Шоттки и сопро­тивление приконтактного слоя будут меняться.

При приложении прямого напряжения U_пр (положительный полюс к металлу, отрица­тельный - к полупроводнику n-типа) потенциальный барьер понижается, приконтактный слой обогащается основными носителями - электронами, и сопротивление перехода «ме­талл – полупроводник» будет меньше равновесного. Если изменить полярность внешнего на­пряжения, т.е. приложить к переходу обратное напряжение U_обр, то потенциальный барьер в контакте повышается. В этом случае приконтактный слой еще сильнее обедняется основными носителями - электронами и повышается его сопротивление по сравнению с равновесным состоянием. Таким образом, контакт «металл- полупpoводник» обладает выпрямляющими свойствами и может быть основой приборов, называемых диодами Шоттки.

Отличительной особенностью диодов Шоттки по сравнению с диодами на р-n-перехо­де является отсутствие инжекции не основных носителей. Диоды Шоттки используют дви­жение основных носителей. В них отсутствуют медленные пpoцессы, связанные с накопле­нием и рассасыванием неосновных носителей в базе диода.

В фотодиодах с барьером Шоттки имеется возможность поглощения квантов излучения в металле контакта (если энергия квантов излучения меньше ширины запрещенной зоны). Если энергия кванта излучения больше высоты потенциального барьера, то возбужденные электроны из металла могут перейти в полупроводник через потенциальный барьер. В ре­зультате длинноволновая граница спектральной характеристики фотодиода сдвигается в сторону более длинных волн.

В фотодиоде Шоттки с ростом энергии квантов область поглощения излучения сдвига­ется в слой объемного заряда, где существует поле, разделяющее фотоносители. В фотодио­де с р-n-переходом при малой глубине поглощения фототок практически равен нулю. Сле­довательно, коротковолновая граница спектральной характеристики фотодиода Шoттки расположена в области более коротких волн.

Перспективность применения фотодиодов Шотгки в оптоэлектронике объясняется их следующими достоинствами:

- малым сопротивлением базы фотодиода r_б; поэтому постоянная времени барьерной емкости у фотодиодов Шоттки примерно равна 10^-12 с, а инерционность определяется только временем пролета фотоносителей через область объемного заряда (10^-10... 10^-11) с;

- сочетанием высокого быстродействия и высокой чувствительности (S_ф = 0,5 А/Вт);

- простотой создания выпрямляющих фоточувствительных структур на самых разнообразных металлах и полупроводниках и, следовательно, возможностью управления вы­сотой потенциального барьера Шoттки; в частности, кремневые фотодиоды с барье­ром Шоттки работают при λ = 0,63 мкм, имеют быстродействие 10^-10с и фоточувcт­вительность S₀ = 0,5 А/Вт;

- хорошей совместимостью с оптическими интегральными микросхемами.

Для продвижения в длинноволновую область повышают удельное сопротивление базо­вой области и одновременно увеличивают ее толщину, т.е. переходят к структуре m-i-n+, где m - означает «металл».

Поиск по сайту: