СВЕТОДИОД-ПОМОЩНИК
структура диода; б) распределение электрического
Рис.3 Принцип работы p-I-n фотодиода:
a) структура диода; б) распределение электрического поля; в) распределение интенсивности света и скорости генерации; г) зонная диаграмма при обратном смещении
В стационарном режиме плотность полного фототока, протекающего через обратносмещенный p-i-n-переход, можно разбить на две части:
 |
где Jдр — плотность дрейфового тока, обусловленного генерацией носителей в i-слое толщиной d, а Jдифф — плотность диффузионного тока, обусловленного генерацией носителей в объеме полупроводника за пределами обедненного слоя и их последующей диффузией к области объемного заряда. Будем считать толщину приповерхностного слоя p+-типа существенно меньше
1/kw Током термической генерации можно пренебречь. Тогда в соответствии с рис.3, 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
Как правило, здесь можно пренебречь вторым слагаемым, содержащим пр0, и тогда плотность полного тока оказывается пропорциональной падающему световому потоку. Она максимальна при двух условиях ае >> 1 и aLn> 1, которые противоречат требованию малой постоянной времени, так как увеличение е влечет за собой увеличение времени перехода. Для оценки влияния времени перехода на постоянную времени можно измерить фазовый сдвиг между фототоком и световым потоком, модулируемым высокой частотой. Для простоты предположим, что внешнее напряжение достаточно велико и поэтому в слое с собственной проводимостью нет свободных носителей заряда, а те носители, которые
