СВЕТОДИОД-ПОМОЩНИК
коэффициент диффузии, который зависит от
 |
Здесь D — коэффициент диффузии, который зависит от типа рассматриваемых носителей заряда. Если концентрация носителей распределяется по экспоненциальному закону, то скорость диффузии Vдифф — постоянная величина, равная произведению Da. Если предположить, что полезная толщина полупроводника е равна длине поглощения, то легко найти время, за которое носители ее проходят:
Это характерно для плоскостных фотодиодов, в которых поглощение происходит в основном вне обедненного слоя и, следовательно, постоянная времени определяется диффузией носителей. Если предположить, что толщина обедненного слоя мала и большая часть актов образования пар носителей заряда происходит вне этого слоя.
Влияние диффузии меньше, если р — n-переход расположен близко от поверхности и если велика толщина слоя объемного заряда.
Уменьшив степень легирования слоя N-типа, можно увеличить ширину слоя объемного заряда при том же рабочем напряжении. В пределе мы получаем беспримесный материал с собственной проводимостью (обозначаемый буквой /), к которому добавляется слой материала N-типа с малым удельным сопротивлением для обеспечения омического контакта. Такова структура PIN, обеспечивающая квантовый выход, близкий к единице, и очень высокую чувствительность.
Можно также повысить напряжение на фотодиоде до уровня, при котором возможно лавинное усиление (на рис.1 это 3-тья область). Тогда ширина обедненного слоя будет определяться внешним напряжением и удельным сопротивлением материала.
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 симально уменьшить долю поглощенного света вне i-слоя. С этой целью переход формируется у самой поверхности кристалла (как это реализуется в кремниевых фотодиодах), или используется эффект широкозонного окна (как в p-i-п-гетерофотодиодах).
