p-i-n-ФОТОДИОДЫ
Полученные выражения показывают ту важную
Б. Шумы при наличии лавинного усиления
Полученные выражения показывают ту важную роль, которую играют собственные шумы фотодиода в уменьшении полного отношения сигнала к шуму. Для уменьшения этого влияния можно использовать лавинный фотодиод с внутренним коэффициентом усиления М. Коэффициент усиления — случайная величина, распределение вероятности которой зависит от типа носителя заряда, вызывающего ионизацию. Обозначим через Мn значение коэффициента усиления в момент времени tn когда рождается первая пара электрон — дырка. Полное напряжение на нагрузочном резисторе будет равно
Не вдаваясь в детали довольно сложного расчета, напишем сразу формулу для среднего квадрата:
где M — среднее значение величины Мn , a F(M)— коэффициент шума, характеризующий отклонения от постоянного коэффициента усиления, равного М. При данных условиях выражение (13.25) принимает вид
Аналогичным образом можно определить эквивалентную мощность шума для системы фотодиод — нагрузка. Отметим, что она зависит от коэффициента усиления М. Если предположить, что F(M) = MX то легко показать, что существует оптимальное значение M, при котором эквивалентная мощность шума минимальна.
p-i-n-ФОТОДИОДЫ
В фотодиоде необходимо совместить область поглощения света с обедненным слоем, чтобы одновременно удовлетворить требованиям быстродействия и высокого квантового выхода. Это реализуется в фотодиодах с p-i-n-структурой, которые являются наиболее распространенным типом фотодетекторов.
Структура и принцип действия p-i-n-фотодиода пояснены на рис. 11.15. Он состоит из низкоомной п+-подложки, слабо легированного (собственного) i-слоя и тонкого низкоомного p+-слоя толщиной до 0,3 мкм, через которые производится освещение. Низкоомные n+- и р+-области выполняют роль контактов (а). Наличие центрального высокоомного i-слоя приводит к увеличению ширины слоя объемного заряда (б) по сравнению с обычным p-n-переходом. Его толщина di, подбирается так, чтобы поглощение света происходило в этом i-слое (в), совпадающем со слоем объемного заряда. При приложении обратного смещения U обедненный слой распространяется на всю i-область. Это приводит к уменьшению емкости перехода, повышению чувствительности и быстродействия. Падающий свет, затухая по экспоненциальному закону с постоянной, определяемой показателем поглощения кш для данной длины волны, вызывает генерацию носителей заряда преимущественно в i-слое. Фотогенерированные носители ускоряются электрическим полем до скорости насыщения дрейфа (~ 105 м/с), поскольку напряженность электрического поля в обедненном слое обычно превышает 1 кВ/см. Эта скорость дрейфа примерно на три порядка превышает скорость диффузии. Поэтому p-i-n фотодиод конструктивно выполняется так, чтобы мак-
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