Лавинные фотодиоды

Одним из путей создания быстродействующих фотоприемников с высокой чувствительно­стью является использование лавинного пробоя, в частности, создание лавинных фотодио­дов (рис. 4.20). Если поле в активной зоне фотодиода велико и энергия, приобретаемая фо­тоносителями тока (электронами и дырками) в этом поле, электронно-дырочных пар, то происходит лавинообразный процесс размножения носите­лей. Процесс размножения начинается с генерации носителей под действием излучения, т.е. имеем фотодиод с лавинным размножением носителей.

Усиление первичного фототока в лавинном фотодиоде определяется коэффициентом лавинного размножения

(4.21)

где I_ф - ток на выходе фотодиода с учетом размножения; I_ф0 - ток при отсутствии размно­жения. Таким образом, коэффициент лавинного размножения в лавинном фотодиоде является коэффициентом усиления фототока.

Известно, что коэффициент размножения зависит от напряжения на переходе

, (4.22)

где U_проб- напряжение пробоя; U- напряжение на р-n-переходе; m - коэффициент, учи­тывающий вид и тип проводимости полупроводникового материала (m = 1,5... 2,0 для крем­ния р-типа; m = 3,4...4,0 -для кремния n-типа).

Тогда ВАХ лавинного фотодиода можно представить в виде Лавинный процесс происходит очень быстро: инерционность лавинных фотодиодов ха- рактеризуется временами переключения (l0^-8... 10^-9 с, а произведение коэффициента уси­ления фототока К_l на полосу частот достигает рекордных значений: K_lf_гр 10¹¹Гц. Предель­но реализуемое значение К, может быть тем больше, чем меньше тепловой обратный ток фотодиода, поэтому при использовании кремния и арсенида галлия достигнуто К_l 10³... 10⁴, а для германия его величина обычно не более 10². У кремниевых и арсенид­галлиевых приборов ниже уровень шумов.

В режиме лавинного фотоумноже­ния успешно опробованы практически все диодные структуры: р⁺ -n, p-i-n, n-p-i-p+; барьер Шоттки.

Лавинные фотодиоды перспектив­ны при обнаружении слабых оптиче­ских сигналов. Широкое применение лавинных фотодиодов связано со зна­чительными трудностями. Это обуслов­лено с тем, что в предпробойном ре­жиме коэффициент усиления фототока К_l резко зависит от напряжения. По­этому лавинные диоды нуждаются в жесткой стабилизации рабочего на пряжения путем термостатирования. Лавинным фотодиодам присущ боль­шой разброс параметров у отдельных образцов. Высокие рабочие напряжения, низ­кий кпд преобразования затрудняют их использование в микросхемах.

Поиск по сайту: