Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 90

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 90)

1 мкм.Существуют несколько кон­, структивных вариантов испол­в). нения ЛФД. Для кремниевых. ЛФД наиболее оптимальна п­Рис. 16.21. р-i-п-структура(рис.16.20и~ 16.21, а), распределение концентраций примесей для которой~.·приведено на рис. 16.21, б. Эта структура является, по сути, со­х~- вокупностью перекрывающихся между собой р-i-п-фотоди­f одаи. лавинного п-р-диода, образованного двумя верхними16.20; р-i-п-диод[слоями структуры, изображенной на рис.iобразован п+-слоем, p-i (1t)-базой, которая выполняет рольi-слоя, и р+-подложкой.

На рис.ляющее покрытие;кремни.яSi0 2 ; 4 -2-16.20обозначено:1 - просвет­3 - окисьметаллические контакты;охранное кольцо;5-подложка.Раздел4764.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИПрименение охранного кольца в конструкции ЛФД обуслов­лено необходимостью устранения токов утечки и образованиямикроплазмпо периферииперехода,вызываемых краевымиэффектами (более подробно эти явления рассмотрены ниже).В ЛФД при номинальных режимах обедненная область зани­мает всю р-i-базу. В высокоомной i-области напряженностьэлектрического поляf;i практически неизменна и существенноменьше, чем на границе п+-р-областей (рис.16.21,в). В узкойр-области напряженность электрического поля максимальна(Рм=с ~ (3 ...

6)10 5 В/см), и ее значения в некоторой области х1<< х < х 2 (см. рис. 16.21, в) достаточны для возникновения и под­< х 2 , где про­держания лавинного размножения. Область х 1 -< хисходит лавинное размножение, на рис.16.21,в заштрихована.Механизм лавинного размножения при облучении диода све­том выглядит следующим образом. При воздействии nадающе­го излучения основная доля фотонов поглощается в i-области,что вызывает генерацию электронно-дырочных пар. Электроныпод действием электрического поля f;i :::::: 10 3 ••• 104 В/см (см.рис.16.21,в) перемещаются в направлении п+-области, достиг­нув области х 1<х< х2 ,где{5 > Рпроб· Там они приобретают энер­гию, достаточную, чтобы при столкновении с атомами ионизо­вать их.

В результате этих процессов будет происходить лавин­ное размножение фотоносителей.В ЛФД необходимо обеспечить однородное размножение повсей фоточувствительной площади, т. е. должно быть исключе­но образование локализованных участков, в которых пробивноенапряжение меньше, чем во всем переходе.

Иначе будут возни­кать микроплазменные участки. Применение материалов с ни­зкой плотностью дислокаций и выполнение активной области сразмерами, необходимыми только для сбора светового пучка(диаметр от нескольких мкм дониеохранногокольца10_0 мкм),позволJ_Iета также использова­уменьшитьколичествовоз­можных микроплазм. Коэффициент лавинного усиления М, назы­ваемый также коэффициентом умножения, является основным па­раметром ЛФД. Он сложным образом зависит от приложенногонапряжения. Для кремния эта зависимость представлена нарис.~16.22.50 ВПри увеличении напряжения ИФд на диоде от О дообедненная область (область сосредоточения пространст­венного заряда) располагается в р-слое, подобно слою х 1<х< х 2 наГлаварис.16.21.16.Оптоэлектронные приборыОна полностью занимает'р-слой при И- 50 ...

100 В,т. е. коор­':дината х 2 будет на границе i-слоя.На этом участке кривой лавин­,,ноеразмножениеносителейпро­''исходит на границе п-р-области:(см. рис. 16.21). При изменении на­,nряжения от - 50 до 300 В коэф­фициент размножения изменяется,достаточноплавно.'пространственногоЗдесьобластьзарядасначала477м20010050201052о100200Рис.зооиФд' в16.22•\занимает р-область, а потом и i-слой,,:Который по мере увеличения напряжения полностью заполня­',ется объемным зарядом. Этот участок кривой на рис. 16.22 со­:ответствует рабочим (номинальным) режимам ЛФД, и в рас­; сматриваемом диапазоне напряжений наблюдается максимальвый квантовый выход, т. е. все носители, генерированные в: i-области, достигают внешних электродов. Резкое увеличение,коэффициента М при больших напряжениях связано с лавин1,ным размножением носителей в i-области.

Стабильность пара­метров при этих напряжениях заметно ухудшается.Коэффициент М имеет обычно неодинаковые значения в раз­;личных участках фоточувствительной поверхности; он максима­",лен в центре и уменьшается в направлении границы. Температур­, ная, такзависимость коэффициента М (см. рис.16.22)объясняетсяже, как и температурная зависимость пробивного напряже-ния (см. п.2.5).Отметим некоторые характерные свойства разновидностей, ЛФД.:Кремниевые лавинные фотодиоды со структурой металл-1;,полупроводник эффективно работают в видимой и УФ областяхспектра. ЛФД с контактом металл-п-Si особенно перспективны1для применения в качестве высокочастотных детекторов ультра-1 фиолетовогоизлучения. Ультрафиолетовое излучение проходит·через тонкие металлические электроды и поглощается в поверх­!; постном слое кремния толщиной -10-6 см.

В этом случае умно­! жение носителей осуществляется в основном за счет электронов,r·что снижает уровень шума и повышает чувствительность.ЛФД с гетеропереходами на базе таких соединений групплшвv, какInP,AlGaAs/GaAs, AlGaSb/GaSb, GalnAs/InPиGalnAs/обладают рядом преимуществ по сравнению с приборами на; основе германия и кремния. Эти соединения позволяют регули-Раздел4784.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИровать спектральные характеристики и чувствительность при­боров, получать высокое быстродействие с высокой квантовойэффективностью за счет реализации прямозонных переходов.Кроме того, поверхностный слой гетероструктуры с более широ­кой запрещенной зоной формируется по технологии, котораяобеспечивает хорошие высокочастотные характеристики и ми­нимальные потери, связанные с рекомбинацией фотоносителей.Лавинные фотодиоды характеризуются в основном той жесистемой параметров, что и другие фотоприемники.

(Она былаописана при рассмотрении фоторезисторов и р-i-п-фотоди­одов.) Различия, обусловленные спецификой работы и использо­вания ЛФД, связаны с такими параметрами, как коэффициентусиления (умножения) М; рабочее напряжение Им• при которомдостигается требуемое значение М; произведение коэффициентаусиления на полосу частот Мf гр (комбинированный параметр ка­чества, позволяющий сопоставлять приборы с разными значе­ниями Ми fгр>· Как и у р-i-п-фотодиода, у ЛФД используютсятакие параметры, как fгр•IT,tпр• слфд• А и коэффициент шума.Коэффициент усиления ЛФД был рассмотрен ранее, поэтомуостановимся лишь на таком параметре, как рабочее напряже­ние.

Диапазон возможных рабочих напряжений, типичных дляп-р-i-р-ЛФД, составляет100 ... 500 В,что несопоставимо боль­ше по сравнению с р-i-п-фотодиодом, который может работатьбез смещения.Отметим ряд недостатков, присущих ЛФД-фотодиодам: слож­ность изготовления и высокая стоимость; большие рабочие напря­жения и большая бесполезно расходуемая мощность; работа лишьв режиме усиления малых сигналов; жесткая стабилизация рабо­чего напряжения и температуры. Однако сочетание большого уси­ления и быстродействия и относительно малого уровня шумовобусловливает их широкое применение в оптоэлектронике.16.4.3.Разновидности фотоприемников излучения.Кроме рассмотренных фотопр;f'lемников (фоторезисторов, ла­винных и р-i-п-фотодиодов),широко используются такиефотоприемники, как фотодиоды с р-п-переходом, с контактомметалл-полупроводник,гетерофотодиоды,МДП-фотодиоды,фототранзисторы, фототиристоры и др.Фотодиоды с р-n-nереходом (р-n-фотодиоды).

По своим свойст­вам,происходящим в них процессам,устройству,областямГлава16.Оптоэлектронны1:1 приборы479применения, по используемым параметрам р-п-фотодиоды во. многоманалогичныр-i-п~диодам. 'Устройство приборов этоготипа понятно из рис.. относительно16.23.В отличие от р-i-п-фотодиода втолстой п·базе р-п-фотодиода доминируют диф­i фузионные процессы, что приводит к большей инерционности иснижению фоточувствителыюсти. В ИК диапазоне фоточувст­вительностьр-п-фотодиодов может быть на порядок хуже, чем·у р-i-п-приборов. Эти недостатки существенно ограничиваютприменение р-п-фотодиодов в оптоэлектронике. К неоспори-; мым достоинствам этих приборов можно отнести простоту изго­товления,повышеннуюоднородностьпараметровизготовляе­мых структур из-за использования низкоомной однородной по­лупроводниковой пластины, полную совместимость технологииизготовления кремниевыхр-п-фотодиодов с технологией мик­росхем.

Последнее обстоятельство позволяет создавать интег­ральные фотоприемники, представляющие собой микросхему,:rде совместно с фотодиодом на том же кристалле изготавливают­сявысокочастотныетранзисторы,операционныеиключевыеусилители, пороговые схемы и т. д. Использование стандартнойтехнологии обеспечивает низкую стоимость фоточувствительныхмикросхем, практически равную стоимости дискретных прибо­ров, при высокой чувствительности, быстродействии и темпера­турной стабильности. Такие схемы обладают очень широкимифункциональнымивозможностямииперспективнывмикро­электронных оптических устройствах.Фотодиоды с барьером Шоттки. Используются в качестве высо­коэффективных фотодетекторов, обладающих малой инерционно­стью в видимой и 'УФ областях спектра. Основные физическиепроцессы,протекающие при контакте металл-полупроводник,были рассмотрены в п.2.6.Типичная структура фотодиода сбарьером Шоттки изображена на рис.[16.24.Здесь1 23451lrп++l'Рис.16.23п++1Рис.1-16.24металли-480Раздел4.

Характеристики

Список файлов книги