p-i-n-ФОТОДИОДЫ
kw Током термической генерации можно
1/ kw Током термической генерации можно пренебречь. Тогда в соответствии с рис. 11.15, в скорость генерации электронно-дырочных naр:
где Go определяется потоком падающих фотонов Фw=Iw/hw, коэффициентом оптического отражения Rw и площадью окна А как:
При этих условиях дрейфовый ток:
Плотность диффузионного тока Jдифф определяется через концентрацию неосновных носителей (в нашем случае — дырки в n-области) и их коэффициент диффузии Dp как
В свою очередь концентрация неосновных носителей (дырок) находится из одномерного диффузионного уравнения, которое в нашем случае имеет вид:
Здесь tр — время жизни неравновесных носителей, а рn0 — равновесная концентрация дырок. Решая это уравнение с граничными условиями pn=pn0 при z®¥ и pn=0 при z=d, подставляя это решение в находим
где Lp=(Dptp )1/2— диффузионная длина.
Полная плотность фототока получается как
Обычно второе слагаемое, содержащее pn, значительно меньше первого и полный фототок Jф пропорционален потоку фотонов Фw. Получаем выражение для квантовой эффективности
Для достижения высокой эффективности фотодиода необходимо выполнить kwd>>1. Однако при увеличении d будет расти время пролета носителей, которое равно времени их дрейфа через
i-область. Это приведет к уменьшению быстродействия диода. При высокочастотной модуляции интенсивности света появится разность фаз между потоком фотонов и фототоком. Разумный компромисс между быстродействием и квантовой эффективностью достигается при значении ширины области поглощения dt от 1/кw до 2/кw. В кремниевых p-i-n фотодиодах, предназначенных для приема излучения арсенид-галлиевого лазера (l= 0,85...0,92 мкм), это соответствует толщине обедненного слоя d=20...50 мкм. Те же диоды, предназначенные для приема излучения твердотельных неодимовых лазеров (l=1,06 мхм), должны иметь толщину i-слоя d= 500 мкм.
Предельная рабочая частота, ограниченная временем дрейфа носителей через i-область и соответствующая уменьшению фототока на 3 дБ по сравнению со стационарным значением, примерно равна:
Forekc.ru
Рефераты, дипломы, курсовые, выпускные и квалификационные работы, диссертации, учебники, учебные пособия, лекции, методические пособия и рекомендации, программы и курсы обучения, публикации из профильных изданий