Напівпровідникові прилади на основі p-n переходу, страница 19

Частотні характеристики, або їх швидкодія характеризує реакцію фотодіода на зміну світлового потоку. Вона визначаються генерацією і рекомбінацією основних носіїв і обмежується постійною часу їх життя t_р. Так як вказана величина досить мала t_р  <<  1 нс , то швидкодія фотодіодів висока, і вони можуть забезпечувати перетворення світлового потоку в фотострум в широкому частотному діапазоні, а передавати імпульсні сигнали з тривалістю фронту менше 1нс. Другий параметр, що впливає на частотні властивості – бар’єрна ємність переходу. Її вплив проявляється через постійну часу С_Б×r_Б, де r_Б – опір бази діода. Реальна величина постійної часу здебільшого не перевищує 1нс. Така швидкодія характерна для обох  режимів роботи фотодіодів.

Струм фотосигналу – струм в колі навантаження, обумовлений дією опромінення на фотоприймач.

Темновий струм – струм, що протікає в колі навантаження фотоприймача при відсутності опромінення.

Шумові характеристики – середньоквадратичні значення флуктуацій напруги або струму на виході приймача в смузі частот електронного підсилювача при відсутності опромінення.

Часові (динамічні) характеристики – до них відноситься ряд параметрів, які характеризують швидкодію фотодіода. Найчастіше до часових параметрів відносять: постійну часу, тривалості вхідного оптичного і вихідного електричного імпульсів, тривалості фронтів, дозволяючу здібність в часі.

В практиці проектуванні оптоелектронних пристроїв використовується ряд інших параметрів [ Аксененко].

Забезпечення тих чи інших характеристик діодів досягається різноманітністю технологій їх виготовлення. Розглянемо деякі з них. В таблиці 3.    приводяться типові характеристики декількох типів фотоприймачів.

Фотодіоди з р-і-n- струтурою

Для підвищення швидкодії роботи фотодіодів широко використовуються структури р-і-n- типу. Їх особливість полягає в тому, що між структурами напівпровідників р- та n- типів з високою концентрацією основних носіїв розміщується напівпровідник з власною концентрацією. Його опір в 10⁶ – 10⁷ раз перевищує опір домішкових напівпровідників. Така особливість приводить до того, що прикладена зворотня напруга розподіляється по всій довжині і- структури, що забезпечує можливість створення рівномірного і сильного електричного поля по всій її довжині. Наявність сильного поля E дає можливість забезпечення значного прискорення носіїв, підвищення їх швидкості v = m E, які з’являються в структурі внаслідок опромінення і, відповідно, зменшення часу пробігу t_П через область:

.

Значна величина l_i дає можливість суттєво зменшити величну бар’єрної ємності і, відповідно, постійної часу С_Б×r_Б, оскільки висока концентрація носіїв в області бази також дозволяє зменшити опір бази. Робочий частотний діапазон таких фотодіодів досягає меж до 10⁹ Гц.

Фотодіоди з р-і-n- структурою мають слідуючі переваги:

·  Поєднання високої чутливості та високої швидкодії;

·  Можливість забезпечення високої інтегральної чутливості в довгохвильовій області спектра при збільшенні ширини і- області;

·  Мала величина бар’єрної ємності;

·  Малі робочі напруги в фотодіодному режимі, що дає можливість забезпечити їх електричну сумісність з інтегральними схемами.

Фотодіоди Шоткі

Особливості структур напівпровідник-метал, які створюють контакт Шоткі, були розглянуті вище. З точки зору використання, в фотодіодах слід виділити такі їх особливості [Шарупіч].

По-перше, в фотодіоді з бар’єром Шоткі з’являється можливість поглинання квантів випромінювання з енергією, меншою ширини забороненої зони, в металі контакту. При цьому, якщо енергія кванту випромінювання більша висоти потенційного бар’єру, збуджені електрони з металу можуть перейти в напівпровідник через потенційний бар’єр. В результаті довгохвильова межа спектральної характеристики фотодіоду Шоткі зміщується в сторону більш високих частот.