Лавинные фотодиоды
В обычном фотодиоде при поглощении света один фотон образует одну электронно-дырочную пару. Неосновные носители этих пар или рекомбинируют, или протекают через p-n - переход, обуславливая фототок.
В лавинных фотодиодах носители, проходящие через p-n - переход, приобретают в сильном электрическом поле перехода (рис.8.18) энергию, достаточную для ударной ионизации атомов решетки, и создают на своем пути вторичные пары. В результате фототок за счет лавинного умножения значительно увеличивается. Вследствие лавинного умножения носителей при увеличении обратного напряжения возникает лавинный пробой, что приводит к значительному быстродействию фотодиода. В качестве примера в таблице 8.1. представлены параметры лавинного фотодиода ЛФД-2-А.
Для развития лавинного пробоя необходимо выполнение двух условий:
-толщина p-n - перехода, в которой сосредоточено внутреннее электрическое поле, должна превышать длину свободного пробега неосновных носителей заряда;
-энергия, накапливаемая не основными носителями в область перехода, должна быть достаточной для возбуждения валентных электронов полупроводника, т.е. превышала порог ударной ионизации
.
(8.37)
Напряжение
лавинного пробоя связано с удельным
сопротивлением полупроводника следующим
соотношением:
,
(8.38)
где а и b – постоянные, зависящие от разновидности полупроводника, например, для германия b =85, а=0,62.
Р
ис.8.18.
а) - структура ЛФД, б) - распределение
концентрации примеси, в) - распределение
электрического поля.
Зависимость коэффициента лавинного усиления от напряжения на фотодиоде приближенно выражается следующим соотношением:
(8.39)
Типичные характеристики коэффициентов лавинного умножения для кремниевых лавинных фотодиодов Gmax≈104÷106, для германиевого лавинного фотодиода Gmax≈200÷300.
Вольтамперные
характеристики лавинного фотодиода
(рис.8.19) описываются выражением:
,
(8.40)
где U0-напряжение источника напряжения, I-фототок в отсутствии лавинного усиления.
Рис.8.19. Вольтамперные характеристики лавинного фотодиода Ф2>Ф1.
Параметры лавинного фотодиода лфд-2-а
Таблица 8.1
-
№
Наименование параметра
Значение параметра
1
Темновой ток при напряжении обратного смещения Vсм=8±1 В, мкА, не более
0,15
2
Токовая монохроматическая чувствительность к лучистому потоку с длиной волны:
λ =632,8 нм, не менее
λ=1064 нм, не менее
0,26
0,61
3
Напряжение обратного смещения, соответствующее величине коэффициента лавинного умножения фототока К=10 при нагрузочном сопротивлении в цепи фотодиода RН=1 кОм и первичном фототоке IФ=1 мкА, В
22,25
4
Спектральная плотность напряжения шума при нагрузочном сопротивлении RН=1 кОм при напряжении обратного смещения Vсм10, В/Гц1/2,
не более
1,510-8
5
Максимальный коэффициент лавинного умножения фототока при нагрузочном сопротивлении RН=1 кОм и первичном фототоке Iф=1 мкА, не менее
24,0
6
Граничная частота, МГц не менее
1000
7
Пороговый поток к лучистому потоку с длиной волны λ=1064 нм при нагрузочном сопротивлении RН=1 кОм Вт, не более
1,7310-8