При воздействии на ФП с р-п структурой прямоугольного импульса света от GaAs светодиода с максимумом излучения %= =0,91 мкм на выходе ФП наблюдают два участка, характеризующие высокочастотный и низкочастотный механизмы формирования импульса. Излучение с длиной волны Я=0,91 мкм генерирует носители как в области объемного заряда, так и в области коллектора, а процессы переноса носителей в этих областях различны. Участок быстрого роста сигнала, характеризующий высокочастотную часть импульса, определяется временем пролета носителей в области объемного заряда. Низкочастотный участок вызван диффузионными процессами в коллекторе ФП. В фотовольтаическом режиме работы область объемного заряда мала, все излучение поглощается в коллекторе и времена нарастания и спада сигнала, определяемые диф-
Рис. 15. Форма импульса выходного сигнала ФП с p-i-n структурой в зависимости от величины обратного смещения.
40 ИМ
_i—I____L
U=Z0B
фузией, довольно велики (300—500 не для ФП на основе высоко-омного Si, размер фоточувствительной площадки 5 мм2).
В фотодиодном режиме работы с увеличением напряжения обратного смещения увеличивается доля носителей, генерируемых в области объемного заряда. Дрейфовые процессы переноса носителей преобладают над диффузионными, и времена нарастания и спада сигнала на выходе ФП уменьшаются (40 не для ФП на основе высокоомного кремния при £/См = 20 В). Для ФП с p-i-n структурой на основе высокоомного кремния эти параметры не превышают 20 не [29]. Толщина /-области этих приборов составляет 20—50 мкм, размеры фоточувствительной площадки 1,2 X 1,2 мм, спектральная чувствительность в максимуме при обратном смещении 5В равна 300—400 мА/Вт. При малых величинах обратного смещения на p-i-n фотодиодах времена нарастания и спада довольно велики (150—200 не) (рис. 15). Причиной этого могут служить диффузионные процессы в высокоомной i-об ласти, так как электрическое поле распространяется не на всю ^-область, а также влияние /?С-параметров прибора. С увеличением обратного смещения времена нарастания и спада достигают 30 не и перестают изменяться. С учетом постоянной времени используемой аппаратуры времена нарастания и спада ФД с p-i-n структурой не ниже 20 не. Для некоторых типов современных кремниевых ФД с p-i-n структурой эти параметры «е превышают 1 не.
Несмотря на сравнительно низкую полосу пропускания рассмотренных ФП с р-п структурой, следует отметить некоторые их преимущества по сравнению с p-i-n структурами. Это, во-первых, их более высокая чувствительность, достигающая в фотовольтаиче-
27
ском режиме при Л, = 0,91 мкм величины 400—500, а фотодиодном— 500—600 мА/Вт; а во-вторых, большая фоточувствительная площадка (5—100 мм2) Отмеченные параметры дают возможность использовать их, -когда требуются высокая чувствительность и большая фоточувствительная площадка.
Частотная характеристика ФП представляет собой зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты при синусоидально модулированном световом сигнале па входе. Так же, как и импульс-
ю в мое
0,2 0,5 1 2 5 10 20 50 100МГц о)
U =100в
01
W 10 100 МГц
в)
V 0,9\
«и
ол
щ
10 20
б)
50 100 200МГЦ
Рис. 16. Экспериментальные частотные характеристики кремниевого ФП. а, б — с р-п структурой (а — ну основе кремния р-типа, б — на основе кремния л-типа); в — с p-i-n
структурой (----------- А,=0,91 мкм,
------ — А=0,6 мкм).
ная, она служит для оценки инерционности приборов По частотным характеристикам определяют критическую частоту ФП, когда амплитуда выходного сигнала составляет 0,7 от ее значения при постоянной засветке. Форма частотной характеристики и критическая частота определяются структурой и параметрами ФП, режимом его работы, а также параметрами источника модулированного излучения (спектральным составом и равномерностью распределения по фоточувствительной площадке). Например, для ФП на основе высокоомного кремния р-типа наблюдается линейная зависимость критической частоты от величины обратного смещения. В качестве источника модулированного света использовался GaAs светодиод с максимумом излучения при Л,==0,91 мкм, работающий в люминесцентном режиме. В фотовольтаическом режиме критические частоты таких ФП составляют 1—2 МГц (рис. 16,а), а в фотодиодном доходят до 200 МГц при обратном смещении 150 В (рис. 16,6).
Критические частоты можно повысить, применяя для ФП p-i-n структуры на основе высокоомного кремния. Подобные структуры [30] изготовлялись из высокоомного кремния (р = 1000-^-2000 Ом-см) с толщиной области, равной 60 мкм, и диаметром светочувствительной площадки 1 мм. Критическая частота и форма частотной характеристики этих приборов определяются глубиной проникновения излучения и напряжением обратного смещения.
28
В фотовольтаическом режиме при освещении прибора светом с Л, = 0,63 мкм поглощение происходит в очень тонком, прилегающем к поверхности слое и процессы переноса, а следовательно, и критическая частота определяются диффузией носителей (/крИТ = = 0,4 МГц) (рис. 16,0, пунктирные кривые). С увеличением напряжения область объемного заряда расширяется на весь высо-коомный слой, процессы переноса определяются дрейфом и критическая частота достигает 170 МГц при смещении 100 В. При облучении приборов потоком с длиной волны ^ = 0,91 мкм (рис. 16,в, сплошные кривые) характер изменения частотных кривых в функции напряжения такой же, как и для излучения с ?t = 0,63 мкм, но форма частотных кривых отличается Частотная характеристика для этого случая состоит из двух участков: низкочастотного, обусловленного движением носителей, генерированных за пределами р-п перехода, и высокочастотного, обусловленного процессом дрейфа .носителей в области объемного заряда. С увеличением обратного смещения область объемного заряда распространяется на весь г-слой, процессы переноса носителей определяются дрейфом, низкочастотный участок кривой исчезает. Следует отметить, что преимущества высокочастотных свойств ФП с подобной структурой реализуются только при больших величинах обратного смещения (примерно 100 В), 1в то время как при небольших смещениях (менее 20 В) критические частоты не превышают 10 МГц.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.