p-i-n-ФОТОДИОДЫ




 Шумы фотодиодов - часть 3


симально уменьшить долю поглощенного света вне i-слоя. С этой целью переход формируется у самой повер­хности кристалла (как это реализуется в кремниевых фотодиодах), или использу­ется эффект широкозонного окна (как в p-i-п-гетерофотодиодах).

В стационарном режиме плотность полного фотото­ка, протекающего через обратносмещенный p-i-n-переход, можно разбить на две части:

где Jдр — плотность дрейфо­вого тока, обусловленного генерацией носителей в i-слое толщиной d, а Jдифф — плотность диффу­зионного тока, обусловлен­ного генерацией носителей в объеме полупроводника за пределами обедненного слоя и их последующей диффузи­ей к области     объемного за­ряда. Будем считать толщи­ну приповерхностного слоя p+-типа  существенно меньше

1/kw Током термической генерации можно пренебречь. Тогда в соответствии  с  рис. 11.15, в скорость генерации электронно-дырочных  naр:

где Go определяется потоком падающих фотонов Фw=Iw/hw, коэффициентом оптического отражения Rw и площадью окна А как:

При этих условиях дрейфовый ток:

Плотность диффузионного тока Jдифф определяется через кон­центрацию неосновных носителей (в нашем случае — дырки в n-области) и их коэффициент диффузии Dp как

В свою очередь концентрация неосновных носителей (дырок) находится из одномерного диффузионного уравнения, которое в нашем случае имеет вид:

Здесь tр — время жизни неравновесных носителей, а рn0 — равно­весная концентрация дырок. Решая это уравнение с граничными условиями pn=pn0 при z®¥ и pn=0 при z=d, подставляя это решение в  находим

где Lp=(Dptp )1/2— диффузионная длина.

Полная плотность фототока получается как

Как правило, здесь можно пренебречь вторым слагаемым, содержащим пр0, и тогда плотность полного тока оказывается пропорциональной падающему световому потоку. Она макси­мальна при двух условиях ае >> 1 и aLn> 1, которые противо­речат требованию малой постоянной времени, так как увели­чение е влечет за собой увеличение времени перехода. Для оценки влияния времени перехода на постоянную времени мож­но измерить фазовый сдвиг между фототоком и световым пото­ком, модулируемым высокой частотой. Для простоты предполо­жим, что внешнее напряжение достаточно велико и поэтому в слое с собственной проводимостью нет свободных носителей заряда, а те носители, которые проходят через него, движутся с предельной скоростью при данном электрическом поле, т. е. v =vs. Обозначив круговую частоту модуляции через wbwl, можно представить световой поток в виде f= fi ехр{iwt}. Вклад, вно­симый слоем толщиной dx по оси х, будет равен




Содержание  Назад  Вперед