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.




Содержание    Вперед