Полупроводниковые фотоприемники. Физические основы работы фотоприемников с одним р-п переходом, страница 8

Для наиболее распространенных кремниевых ФП сдвиг максимума спектральной характеристики можно осуществить как изменением толщины базы, так и изменением диффузионных длин неосновных носителей в базе и коллекторе, т. е. в области за р-п переходом. Сохраняя неизменной толщину базы и меняя диффузионную длину неосновных носителей в исходном кремнии, можно изменить максимум спектральных кривых как по абсолютной величине, так и по длине волны излучения. Если диффузионная длина в толще кремния велика (свыше 200 мкм) и остается неизменной в процессе технологии изготовления, то при 'изменении толщины базы максимум спектральных кривых не изменяется и, как правило, сдвинут в длинноволновую область (примерно 1 мкм), а форма кривых приближается к идеальной — треугольной; при этом по абсолютной величине спектральные характеристики могут отличаться. Такой вид характеристик, как правило, наблюдается у кремниевых ФП с малыми глубинами р-п перехода, изготовленных методом ионно-лучевой технологии. Для небольших диффузионных длин 'неосновных носителей (не выше 60 мкм) максимум чувствительности спектральных кривых может смещаться при изменении толщины базы. Если для повышения чувствительности в длинноволновой области спектра необходимо увеличивать диффузионную длину неосновных носителей в исходном кремнии, то повышение коротковолновой чувствительности можно обеспечить при создании тянущих полей в базе ФП. Второй способ повышения коротковолновой чувствительности — создание области объемного заряда вблизи поверхности ФП. При этом генерируемые фотонами света электронно-дырочные пары попадают в область поля

18

и разделяются им, не успевая рекомбннировать. Подобный случай реализуется в поверхностно-барьерных ФП. Чувствительность у таких приборов в интервале длин волн >, = 0,2^С,4 мкм превышает чувствительность дрейфовых ФП.

Изменение и сдвиг максимума спектральной характеристики можно также осуществить, переходя от вентильного режима работы ФП к фотодиодному. Для кремниевых ФП с малыми диффузионными длинами неосновных носителей в исходном материале (L< <60 мкм) с ростом обратного смещения максимум спектральных кривых увеличивается по абсолютной величине и сдвигается в длин-

нхД/мдт мкЯ/мдт600[]

500\

т\

300\ 200

wo¹

				s~	"V
			^		л	и=юов1
						Wwofil
	А
4>	'/			(j	=о'-	\v
						v!	^.л

500 W0\

зоо\

200 100

Г						i
			/и=юв			\
						\\
			_ и	=0В		\\
/Г						1	V   |
							м

Ok 05   OB   0,7   08   0,9   W   У мкм а)

OJt 0,5   0,6    0,7   0,8   0,9   1,0    1Jmkm б)

Рис. 9. Спектральные характеристики кремниевого ФП пр.и различных величинах обратного смещения.

а — при отсутствии глубоких примесных центров;  б — с глубокими примесными центрами.

новолновую область (рис. 9,а). Такое поведение спектральных кривых характерно для ФП на основе высокоомного кремния, у которых с увеличением обратного смещения увеличивается ширина области объемного заряда, а следовательно, и толщина области, в которой происходит собирание носителей без потерь, что и увеличивает чувствительность Сдвиг максимума кривых в длинноволновую область объясняется расширением области объемного заряда в сторону высокоомного исходного кремния (в область коллектора), куда проникает длинноволновое излучение. Для ФП с большой диффузионной длиной неосновных носителей (L>100 мкм) с увеличением обратного смещения сдвига максимума спектральных кривых не наблюдается, а увеличение абсолютной величины чувствительности незначительно. При наличии в широкой области объемного заряда ФП глубоких центров, на которых имеет место интенсивная рекомбинация, может наблюдаться резкое увеличение монохроматической чувствительности во всей рабочей области спектра при переходе от фотовольтаического режима работы к фотодиодному даже при малых обратных смещениях. На рис. 9,6 в качестве примера приведены спектральные характеристики подобного кремниевого ФП.

Другим фактором, определяющим чувствительность приборов, является коэффициент отражения излучения от поверхности ФП. Так, например, от полированной поверхности Si отражается до 40% падающей на нее световой энергии. Применение специальных покрытий дает возможность уменьшить коэффициент отражения до 5—10% [24], а следовательно, увеличить чувствительность во всей области спектра. Монохроматическая чувствительность лучших ФП в области длин волн 0,5—0,9 мкм близка к теоретически возможной.

2*

19

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИЕМНИКОВ

Изменение спектральных характеристик ФП от температуры, в основном, обусловлено температурной зависимостью коэффициента собирания. Последняя в свою очередь определяется температурными изменениями коэффициента поглощения света, ширины запрещенной зоны полупроводника, диффузионной длины неосновных носителей, а для некоторых типов ФП — изменениями ширины области объемного заряда и режимом работы прибора. С увеличением температуры ширина запрещенной зоны полупроводника уменьшается и условия образования электронно-дырочных пар фотонами с меньшей энергией облегчаются, т. е. край собственного поглощения  по-

Рис. 10. Влияние температуры на параметры ФП. а ~ зависимость  коэффициента   собирания  германиевых  фотодиодов  от  длины волны;   б — спектральные   характеристики   кремниевого   ФП.