2015-05-26
6969
Указанные недостатки фотодиода на основе p-n перехода устраняются в фото-
диодах, где между p- и n -областями расположен i -слой с собственной проводимо-
стью. Толщина этого слоя выбирается достаточно большой W >> L p с тем, чтобы
поглощение света происходило в этой области. Поскольку в i -слое свободные носи-
тели отсутствуют, при обратном смещении p-n перехода все приложенное напряже-
ние будет падать на i -слое. Фотогенерированные носители в i -слое будут разделять-
ся в сильном электрическом поле и фотоотклик таких диодов будет быстрым. На рисунке 11.11 приведена конструкция и энергетическая диаграмма, иллюстрирующая принцип работы p-i-n фотодиодов.
Рис. 11.11. Принцип работы р-i- n фотодиода:
а – поперечный разрез диода; б – зонная диаграмма в условиях обратного смещения; в – распределение интенсивности излучения
Структура pin-фотодиода спроектирована так, чтобы избежать недостатков фотодиода pn-типа. Но все основные принципы регистрации сохраняются.
Рисунок 5.5 Конструкция pin-фотодиода.
Введение слоя собственного полупроводника между p и n слоями примесного полупроводника позволяет существенно увеличит размер области пространственного заряда.
Рисунок 5.6 Принцип действия pin-фотодиода.
В i-слое свободные носители практически отсутствуют и силовые линии электрического поля начинающие с доноров в n-области без экранировки проходят через i-слой и заканчиваются на акцепторах p-области.
Ширина i-слоя составляет обычно 500-700мкм. В отличии же от i-зоны, легированные слои сделаны очень тонкими. Все вместе это сделано для того, чтобы все оптическое излучение поглощалось в i-слое и сокращалось время переноса зарядов из i – зоны в легированные области.
| В результате падающие фотоны возбуждают ток во внешнем контуре более эффективно и с меньшим запаздыванием. Носители, образующие внутри обедненной зоны, мгновенно сдвигаются в сильном электрическом поле к соответственно p- и n- областям диода. Квантовая эффективность таких диодов обычно равна 80%. Для диодов сконструированных для применения в оптоволоконных линиях емкость перехода равна 0,2 pF, при рабочей поверхности диода 200 mm. | |
Итак, основное преимущество pin-фотодиода заключается в высоких скоростях переключения, так как поглощение излучения происходит в i-слое, где за счет дрейфового переноса высокие скорости для носителей заряда.
Другим преимуществом является высокая квантовая эффективность, поскольку толщина i-слоя обычно больше обратного коэффициента поглощения и все фотоны поглощаются в i-слое.
Использование гетеропереходов для pin-фотодиодов позволяет избежать поглощения света в базе фотодиода.
