Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
В условиях приема модулированных сигналов влияние темнового тока на обнаружительную способность ФД можно уменьшить в электронном тракте, усилив сигнал на частоте модуляции.
У ФД наблюдаются токовый, дробовый, тепловой и радиационный шумы.
При работе ФД в фотогальваническом режиме обнаружитель-ная способность ограничивается шумами усилительного тракта, так как собственные шумы ФД в этом случае малы и обнаружи-тельная способность достигает для германиевых ФДдо 1012 Гц1/2/Вт при Х= 1,55 mjkm, а для кремниевых— 1013~-10и Гц!/2/Вт при % — 0,84-0,9 мкм.
Электронный тракт ФД. На рис. 4.14, б приведена схема включения германиевого фотодиода типа ФД-9111А с 5/ = = 17 мА/лм, /т = 10 мкА, Упит = 52,6 В, Фтах = 0,035 лм во вход интегрального операционного усилителя КУТ 401Б с коэффициентом усиления k = 100. Сопротивление нагрузки приФтах =
- 0,035 лм согласно выражению (4.24) будет
р <- ^™т ___________1^5_________~ 9.104 Пм
«нтах-^ /Т _|_ 5;фтах 10.10-8+ 17-10-3-0,035 им-
Максимальная вольтовая чувствительность ФД Sv max ^SjRsimx^ 17-10~3-2-104 = 340 В/лм.
122
Расчетные параметры схемы имеют следующие значения: Rs = 20 кОм, RBXl = RBXZ = 2 кОм, сопротивление обратной связи R0, с = kRBXl = 200 кОм [90].
Высокочастотные ФД. Для того чтобы уменьшить постоянную времени ФД, уменьшают толщину базы, чтобы образовавшиеся на поверхности носители быстрее дошли до р—«-перехода и там рекомбинировали. Расширяют р—«-переход за счет подачи высокого обратного напряжения, чтобы излучение в большей степени поглощалось в нем. Делают базу прозрачной для регистрируемого излучения с тем, чтобы излучение поглощалось в самом р—«-переходе. В настоящее время высокочастотные ФД изготавливают на основе гетеропереходов, барьеров Шоттки, поверхностного барьера, создаваемого ионным легированием, и на основе р — i—«-структур.
В высокочастотных ФД с гетеропереходом материал освещаемого полупроводника подбирают так, чтобы регистрируемое излучение проходило сквозь него и поглощалось в самом р—«-переходе. Глубину залегания р—«-перехода в этом случае делают небольшой (гетерофотодиод с переходом «GaAs—pGe имеет глубину залегания р—«-перехода 50 мкм). Кроме того, р—«-переход расширяют за счет обратного напряжения, что позволяет получить постоянную времени 10—20 не.
В последниегоды разработаны ФД с гетеропереходом на основе хальгогенидов свинца (PbS, PbSe и РЬТе), ФД с гетеропереходом PbS—GaAs, с контактами из золота на PbS и из Au—Sn на GaAs имеют спектральную чувствительность 0,9—3,2 мкм при 77 К с обнаружительной способностью 2х109 см-Гц^/Вт.
В высокочастотных ФД на основе PbS базой служит PbS p-типа, далее идет слой PbS «-типа, полученный ионным легированием (внедрением ионов Sb), и слой SiOa с отверстиями для электролитического осаждения контактов из Au на слой PbS «-типа. При 77 К и нулевом смещении такие ФД с площадкой
0,14 мм2 имеют сопротивление 5х109 Ом, DKmax = 6х X 10й см-Гц1/2/Вт при Хтах = 3,4 мкм; при 195 К — 5х Ю4 Ом, 1,1 X 10й см-Гц^/Вт при Ятах = 2,95 мкм.
Внедряя ионы Sb в РЬТе p-типа при 77 К и площадке 0,14 мм2 (при нулевом смещении), получают imax — 4,4 мкм (при 5,1 мкм обнаружительная способность уменьшается вдвое) с Dx max = = 1,4 х 10й см-Гц^/Вт. Эти фотодиоды имеют стабильные параметры [57].
Поверхностно-барьерные высокочастотные ФД. У поверхностно-барьерных ФД (ПБФД) контактный барьер располагается на поверхности полупроводника. Их изготавливают на основе эффекта Шоттки (образование контактного барьера на границе металл — полупроводник) или специальной обработкой, когда поверхностный слой полупроводника в отличие от объемного приобретает иной знак [23]. На рис. 4.15, а показано схематическое устройство ПБДФ на эффекте Шоттки. Падающий поток проходит
123
Рис. 4.15. Схема ПБФД (а), его усредненные спектральные характеристики (б) и структура ФД р—i—я-типа (в):
1 — просветляющее покрытие; 2 тонкая полупрозрачная пленка из золота или палладия; 3 — область р-п-барьера; 4 — изолирующее кольцо; 5 — омический контакт;
6 —AuGaP; 7 — AuGaAsP; 8 — «Астра*1»; 9 — ФПЗ-1
сквозь просветляющее покрытие 1 и сквозь оптический контакт с поверхностным инверсионным слоем 2, выполненный из тонкой (2—10 нм) золотой пленки, и поглощается в области р—«-перехода. Поглощение потока излучения в этой области приводит к слабой зависимости фототока и постоянной времени от напряжения питания. ПБФД имеют более широкий диапазон спектральной чувствительности. Сильно поглощаемое УФ-излучение проходит через тонкую пленку золота и поглощается в области р— «-перехода, что позволяет реализовать спектральную чувствительность до 0,2 мкм. С другой стороны, отсутствие термообработки при изготовлении ПБФД обеспечивает высокую диффузионную длину неосновных носителей, что сдвигает границу чувствительности в ИК-область.
На рис. 4.15, б приведены усредненные относительные спектральные характеристики ПБФД: AuGaP, А,шах = 0,44 мкм, Sa6c = 5,2x10"10 мкА/Вт; AuGaAsP, Я,гаах = 0,54 мкм, Sa6o = = 6,2-1010 мкА/Вт; «Астра-1», А,шах = 0,8 мкм, 5абе = 1,5х X 10® мкА/Вт; ФПЗ-1, Я,шах = 0,8 мкм, 5абс = 1,8 X 10е мкА/Вт.
