p-i-n-ФОТОДИОДЫ



151 роза Доставка, доставка роз в москву. |

 Шумы фотодиодов - часть 2


Б. Шумы при наличии лавинного усиления

Полученные выражения показывают ту важную роль, кото­рую играют собственные шумы фотодиода в уменьшении пол­ного отношения сигнала к шуму. Для уменьшения этого влия­ния можно использовать лавинный фотодиод с внутренним коэф­фициентом усиления М. Коэффициент усиления — случайная ве­личина, распределение вероятности которой зависит от типа но­сителя заряда, вызывающего ионизацию. Обозначим через Мn значение  коэффициента  усиления  в  момент  времени  tn когда рождается   первая   пара   электрон — дырка. Полное напряжение на нагрузочном резисторе будет равно

Не вдаваясь в детали довольно сложного расчета, напишем сразу формулу для среднего квадрата:

где M — среднее значение величины Мn , a F(M)— коэффициент шума, характеризующий отклонения от постоянного коэффи­циента усиления, равного М. При данных условиях выражение (13.25) принимает вид

Аналогичным образом можно определить эквивалентную мощность шума для системы фотодиод — нагрузка. Отметим, что она зависит от коэффициента усиления М. Если предполо­жить, что F(M) = MX то легко показать, что существует оптимальное значение M, при котором эквивалент­ная мощность шума минимальна.

    p-i-n-ФОТОДИОДЫ

В фотодиоде необходимо совместить область поглощения света с обедненным слоем, чтобы одновременно удовлетворить требованиям быстродействия и высокого квантового выхода. Это реализуется в фотодиодах с p-i-n-структурой, которые явля­ются наиболее распространенным типом фотодетекторов.

Структура и принцип действия p-i-n-фотодиода пояснены на рис. 11.15. Он состоит из низкоомной п+-подложки, слабо леги­рованного (собственного) i-слоя и тонкого низкоомного p+-слоя толщиной до 0,3 мкм, через которые производится освещение. Низкоомные n+- и р+-области выполняют роль контактов (а). Наличие центрального высокоомного i-слоя приводит к увеличе­нию ширины слоя объемного заряда (б) по сравнению с обычным p-n-переходом. Его толщина di, подбирается так, чтобы поглоще­ние света происходило в этом i-слое (в), совпадающем со слоем объемного заряда. При приложении обратного смещения U обед­ненный слой распространяется на всю i-область. Это приводит к уменьшению емкости перехода, повышению чувствительности и быстродействия. Падающий свет, затухая по экспоненциаль­ному закону с постоянной, определяемой показателем поглоще­ния кш для данной длины волны, вызывает генерацию носителей заряда преимущественно в i-слое. Фотогенерированные носители ускоряются электрическим полем до скорости насыщения дрейфа (~ 105 м/с), поскольку напряженность электрического поля в обе­дненном слое обычно превышает 1 кВ/см. Эта скорость дрейфа примерно на три порядка превышает скорость диффузии. Поэто­му p-i-n фотодиод конструктивно выполняется так, чтобы мак-




Содержание  Назад  Вперед