де IФ – струм на виході фотодіода з врахуванням перемноження; IФ0 – струм при відсутності перемноження. Тобто коефіцієнт лавинного перемноження є коефіцієнтом підсилення фотоструму.
Оскільки коефіцієнт перемноження залежить від напруги на переході:
М = 1/(1 – ( U/UПР)m ) ,
де UПР – напруга лавинного пробою; U – напруга на р-n переході; m = 1.5 ÷ 2 для кремнію р- типу і m = 3.4 ÷ 4 для кремнію n- типу, то ВАХ лавинного фотодіода можуть бути математично описані у вигляді:
IФ = IФ0 /( 1 – (U/UПР)m ) ,
графічна ілюстрація яких приведена на рис. 3ф8.
Лавинні фотодіоди знаходять використання для виявлення слабких оптичних сигналів.
Використання фотодіодів дуже різноманітне. Наприклад, селенові фотодіоди, які мають спектральну характеристику, близьку до людського ока, широко використовують в кіно і фототехніці. Інші типи фотодіодів знаходять використання в різних пристроях автоматики.
Світловипромінюючі діоди (СВД)
Напівпровідникові світловипромінюючі діоди – клас твердотілих приладів, в яких електрична енергія безпосередньо перетворюється в світлову.
Фізичні явища світловипромінювання
Генерація світлового випромінювання забезпечується двома шляхами: з допомогою нагрівання (теплове випромінювання) і з допомогою одного з видів люмінесценції (люмінесцентне випромінювання, яке є основою сучасних напівпровідникових світловипромінюючих діодів).
В будь-якому випадку процес випромінювання складається з двох етапів. На першому етапі має місце накопичення енергії, завдяки якому генеруються носії заряду і переходять в зону вільних рівнів. На другому етапі носії шляхом рекомбінації віддають свою енергію. Випромінювання квантів світла відбувається за рахунок переходу електрона на більш низький рівень – безпосередньо або через рекомбінаційну ловушку. Тобто можливі різні переходи електронів: міжзонний перехід – перехід з зони вільних рівнів в валентну зону; перехід з зони вільних рівнів на рівень домішок (рекомбінаційну ловушку), що знаходиться в забороненій зоні, а потів в валентну зону. Основні матеріали, використовані в оптоелектроніці – прямозонні. Відповідно і рекомбінації в таких напівпровідниках відбуваються випромінюванням фотона, довжина хвилі якого визначається як:
l =1.23/WЗ (СВ1 )
Формула (СВ1 ) використовується для вибору матеріалу світловипромінюючих приладів по ширині забороненої зони. З неї витікає, що для роботи в діапазоні видимого випромінювання необхідно, щоб 1.5 £ WЗ £ 3 еВ.
В прямозонних сучасних напівпровідниках (GaAs, GaAlAs, GaAsP) ймовірність прямих оптичних переходів досить висока, і тому вони широко використовуються для виготовлення світловипромінюючих приладів.
В непрямозонних напівпровідниках (GaP) рекомбінація відбувається через центри рекомбінації в два етапи: спочатку в центрі рекомбінації проходить локалізація носіїв одного знаку, а потім його рекомбінація з вільними носіями іншого знаку. В якості центрів рекомбінації використовують, наприклад, атоми домішок GaN в решітці GaP. Довжина хвилі випромінювання при непрямих переходах буде більшою, ніж в прямозонних. Слід зазначити, що, поряд з випромінюванням квантів світла, має місце і процес самопоглинання. В прямозонних напівпровідниках рівень самопоглинання значно більший, ніж в непрямозонних. Незважаючи на цей недолік, перші знаходять значно ширше використання.
В напівпровідникових приладах генерація оптичного випромінювання забезпечується з допомогою інжекційної люмінесценції, тобто для збудження електронів використовується енергія електричного поля, що прикладається до р-n переходу в прямому напрямку. При цьому, як описано в попередніх параграфах, в напівпровідникових структурах за рахунок інжекції створюються надлишкові концентрації носів.
Випромінюючою є лише область по один бік від переходу (здебільшого р- область) (рис.СД1). В цій області повинна бути максимальна кількість інжекційних носіїв. Для виконання такої умови в n- області повинна бути значно більша концентрація основних носіїв, ніж в р- області.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.