Теоретичні основи конструювання фотодіодів. Рівняння сімейства вольтамперних характеристик фотодіода. Перехід освітлений паралельно

Страницы работы

14 страниц (Word-файл)

Фрагмент текста работы

формули 40 випливає, що в напівпровіднику з малим питомим опором і великою шириною забороненої зони, а також малим часом життя носіїв відношення}гЧг може бути набагато більшим одиниці jg / js >>1 .Це обумовлено різною власною концентрацією n, в цих напівпровідниках. Тому в фотодіодах із Si,Gа,Аs густина темнового струму визначається за формулою 39. Так, як товщина шару просторового заряду δ залежить від напруги, прикладеної до переходу, то темновий струм Si фотодіодів не має насичення в в порівнянні з Gе фотодіодами, а пропорційний U1/2 для переходів з великим градієнтом домішок, або U1/3 з малим градієнтом домішок.

Другим важливим параметром фотодіода, який залежить від фізичних параметрів напівпровідника є напруга пробою р-n-переходу і обмежує максимальну робочу напругу фотодіода. Величина напруги Um залежить від питомого опору матеріалу бази переходу.

Для сплавних переходів між напругою пробою і питомим опором встановлюється співвідношення (пробій Зінера)

Um=112.5р     (41)

Для лавинного пробою

Ua=bр2       (42)                                                                                                                                                                                                                                                                      

А, Ь- залежать від типу провідності бази і є різними для різних напівпровідників.

1.4. Розрахунок фотодіода з метою отримання бажаних параметрів вольтамперннх характеристик.

Задача 1.Виготовлений германієвий фотодіод з п-р-переходом,освітлений паралельно пролшині переходу. Перехід отриманий методом вирощування, має в n - області питомий опір рn і час життя τh  , а в  рр - області рр і час життя електронів τe.

Переріз має товщину ω і ширину н.

Підрахувати чутливість фотодіода для випромінювання з довжиною хвилі λ темновий струм і відношення фотоструму до темнового струму при освітленні його потоком випромінювання  Р в двох випадках:

А)коли довжина кожної області переходу рівна l1;

Б)коли довжина кожної області переходу рівна l2;

Задача 2. Визначити які розміри і фізичні параметрі повинен мати сплавний р-n- перехід в германії , щоб при освітленні переходу потоком випромінювання 100мВт/см2 з довжиною хвилі λ фотодіод дозволяв отримати фотострум ІФ>>1mА, темновий струм в області насичення ІT <=10тА і максимальна робоча напруга фотодіода Uт >=50В.

1.5. Порядок розрахунку.

1.  За кривими залежності дифузної довжини електронів і дірок в германії від їх часу життя визначити дифузну довжину Lе ,Lh (рис. 1. додатку)

2.   По кривій залежності коефіцієнта відбивання від довжини хвилі падаючого випромінювання для Gе знайти Rλ ,а по кривій залежності квантового виходу ηλ внутрішнього фотоефекту в Gе від довжини хвилі  випромінювання (рис.2. додатку).

3.  Знайти відношення 1/Le і 1/Lh і скориставшись рис.5. обчислити Fр формулою 24 або 25.

4.  Знайти величину фотоструму Іф.

5.  Знайти величину темнового струму Іт за формулою 36, знайшовши рівноважну концентрацію неосновних носіїв рn , nр . За рис.З. /додатку/ визначити концентрацію основних носіїв nn, рр

6.Знайти відношення Іф до ІT .                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

7.  По рис.4 /додатку/ визначимо напругу пробою і коефіцієнт запасу для даного питомого опору бази /див. задачу 1 /.

8  .По рис.8 знаходимо, що для германію з даним питомим опором і часом життя носіїв, густина струму насичення js

9.  Для того, щоб темновий  струм не перевищував 10 мкА , площа переходу повинна задовільняти умову Аn≤ Іт/js

10.Визначити інтегральну потужність випромінювання, що падає на перехід Аn за формулою Р=Р Аn

Якшо ідеальну чутливість германевого фотодіода прийняти С=0.54 А/Вт , то

ІФ=СР≤ 1мА.

Якщо умова не виконується, необхідно зменшити площу переходу.

11.Безпосередньо визначити товщину бази за формулою 31 при даному коефіцієнті розділення неможливо, так як ωn входить у вираз 21 для L1.

Проте із рис.5 /додатку/ знаходимо, що високий коефіцієнт розділення можна отримати при товщині бази співмірній з дифузійною довжиною. Тому для τh , за графіком рис.1 /додатку/ знаходимо Lh і приймемо товщину бази ωn

За формулою 31 провіримо, який коефіцієнт розділення для носіїв генерованих в базі. Для λ= 1.5 мкм за графіком рис.6 знайдемо коефіцієнт поглинання. Так як ωn>>1/λ то можемо не враховувати кількість носіїв, генерованих за площиною переходу.

Підставляючи отримані величини у формули 31 і 21, можемо переконатися, що в цьому випадку коефіцієнт розділення рівний

Для вибраної товщини бази і площі переходу при освітленні потоком р=0.1 Вт/см2 знайдемо фотострум, а також темновнй струм.

Ge

Варіант

ρn

 Ом см

Τh

 мкс

ρp

Ом см

Τe

 мкс

ω

 мм

H

 мм

λ

мкм

P мкВт/см^2

I1 мм

I2 мм

14

14

20

0,7

5

0,5

5

1,2

12,5

0,7

7

                                       Розвязок задач

                                           Задача 1

1. За кривою графіка 1.17(додаток) знаходимо L=L()

2. За кривою 5.4 зноходимо коефіцієнт відбивання  на даній довжині хвилі.

3. За графіком 5.17 знаходимо квантовий вихід  на доній довжині

4. а) l=0.7мм

x=l/L=0.7/0.3=2.33

x=l /L=0.7/0.2=3.5

б) l=7мм

x=l /L=7/0.3=23.33

x=l /L=7/0.2=35

5. Визначаємо чутливість а) За формолою (24) для l:

 А/Вт б) За формулою (25) для l:

Fp=0,017 А/Вт

6. Визначаємо повну потужність

а) Для l1 повну потужність визначaємо

б) Для l2 повну потужність визначaємо

7.Визначаємо густину темнового струму за формулою:

а) За формулою (26) визначаємо густину темнового струму

Похожие материалы

Информация о работе