Лавинные фотодиоды
ЛАВИННЫЙ ФОТОДИОД
ЛАВИННЫЙ ФОТОДИОД
При регистрации очень малых световых мощностей (< 1 нВт) фототоки будут весьма малы (< 1 нА). В этом случае желательно использовать внутреннее усиление в фотоприемнике аналогично тому, как это осуществляется в фотоэлектронном умножителе.
В лавинном фотодиоде (ЛФД), являющемся твердотельным аналогом ФЭУ, усиление фототока происходит за счет лавинного умножения генерированных светом носителей заряда в обратно смещенном p-n переходе (рис. 11.17). При приложении к р-n-переходу обратного напряжения U, близкого к напряжению лавинного пробоя Uпр энергия носителей заряда, ускоренных электрическим полем, может превысить порог ионизации вещества. Столкновение такого «горячего» носителя с электронами валентной зоны приведет к образованию пары электрон — дырка. Если образовавшиеся вторичные носители тоже ускорятся до энергии, превышающей порог ионизации, то они создадут другие носители и т. д., как показано на рис. 11.17. В результате проводимость нарастает за счет образования лавины носителей заряда.
Поглощение фотона является началом процесса, вызвавшего лавину.
Коэффициент лавинного умножения М сильно зависит от напряжения смещения U. Эта зависимость может быть представлена эмпирической формулой
где показатель степени n принимает значения от 2 до 6 в зависимости как от характеристики полупроводникового материала, так и от структуры p-n-перехода. При U=Uпр с повышением напряжения происходит резкое увеличение коэффициента умножения, который может достигать 103. Обычно используют рабочие напряжения, при которых M= 10...100. Очевидно, что коэффициент лавинного умножения М и характеристики фотодиода сильно изменяются при изменении не только напряжения, но и температуры. Поэтому в электрической схеме смещения ЛФД необходимо предусматривать жесткие меры, устраняющие влияние этих изменений.
Процесс образования лавины носит вероятностный характер. Величина М изменяется случайным образом, флуктуируя около своего среднего значения (11.29). Это создает дополнительный шум, который весьма нежелателен. Для его уменьшения необходимо, чтобы коэффициенты ионизации электронов и дырок различались как можно более сильно, а лавинный пробой стимулировался носителями заряда, обладающими более высокими их значениями. Обычно такими носителями являются электроны.
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