Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
умножении, стимулируемый электронами.
Фотподетекторы 375
Если сигнальный фототок существенно больше фонового и тем-нового токов,
то доминирующий дробовой шум в выражении (38) описывается членом
2q!pM2FB, в котором F определяется выражением (50). Оптимальный
коэффициент умножения Mopt находится из условия d (S/N)/dM = 0.
Подставляя Mopt в выражение (38), получим максимальное соотношение
сигнал/шум, соответствующее условию большого сигнального фототока [43]:
(S/W)"акс ~ (V/?h Г'- (55)
Таким образом, для получения предельно большого отношения S'/V необходимо
увеличивать r|/]/&eff. На рис. 26 приведена зависимость г|/V keii от b
при различных пробивных напряжениях в кремниевом лавинном фотодиоде с
профилем трехслойной базы. Длина волны 0,85 мкм (а = 600 см-1)
соответствует излучению GaAs-лазера. Отметим, что при заданном VB
зависимость имеет максимум, который увеличивается с ростом Vв-
Проведенная оценка справедлива и для других примесных профилей.
На рис. 27, а показана структура, позволяющая создавать приборы на
кремниевых пластинах большого диаметра иобеспечи-
Ь, мкм
Рис. 26. Зависимость отношения x\iYken or толщины области умножения Ь для
кремниевого лавинного фотодиода с трехслойной базой [43].
376
Глава 13
N
ho
a
n+
-50 мкм •
Подложка
Я (300 ОМ'Си)
Л, мкм
/о юо 1000
Коэффициент умножения М
Рис. 27. Кремниевый лавинный фотодиод с двухслойной базой [44].
а - профиль легирования; б -=* распределение поля; в •=" квантовая
эффект; г -" шум-фактор 144 ].
Фотодетекторы 377
вающая хорошее управление профилем легирования с помощью процессов ионной
имплантации и диффузии [44]. Поперечный разрез структуры представлен на
рис. 23, б. На рис. 27, б изображено распределение электрического поля,
для которого характерно наличие узкой области лавинного умножения и
протяженной области дрейфа. В приборе с просветляющим покрытием из пленок
Si02-Si3N4 квантовая эффективность близка к 100 % на длине волны 0,8 мкм
(рис. 27, в). Поскольку вклад дырок в стимулирование процесса умножения
незначителен, то прибор обладает более высоким шум-фактором (&tff ~
0,04), чем структура, показанная на рис. 25.
Лавинные фотодиоды со структурой металл-полупроводник (с барьером Шоттки)
эффективны в видимой и ультрафиолетовой областях спектра. Характеристики
лавинных фотодиодов с барьером Шоттки подобны характеристикам фотодиодов
с р-"-переходом [45 ]. Фотодиод с барьером Шоттки был изготовлен на
кремниевой подложке "-типа с удельным сопротивлением 0,5 Ом-см, с тонкой
пленкой PtSi (~100 А) на поверхности и охранным кольцом [46]. Поскольку
токи утечки по периферии перехода устранены благодаря применению
охранного кольца, то в такой структуре может быть получен идеальный
обратный ток насыщения с плотностью 2-10~7 А/см2. В фотодиодах с барьером
Шоттки в режиме лавинного умножения может быть получено 35-кратное
усиление амплитуды высокочастотного импульса фбтотока длительностью 0,8
не (рис. 28). Разность между фототоком в отсутствие умножения и
умноженным фототоком показывает, какое большое усиление по току можно
получить для заданной длительности импульса (в рассматриваемом случае 0,8
не) при определенном уровне освещения. Средняя мощность излучения лазера
на длине
волны 6328 А равна 0,8 мВт, а пиковая мощность в импульсе,
соответствующая 0 дБ на рис. 28, примерно равна 7 мВт. Измерения шума
лавинного умножения PtSi-Si-диодов показали, что шум умноженного фототока
растет по закону ~М3 при возбуждении светом в видимой области спектра.
При уменьшении длины волны преобладает первичный инжекционный фототок
электронов и шумы уменьшаются, что находится в хорошем согласии с
теорией.
Лавинные фотодиоды с барьером Шоттки, изготовленные на кремниевых
подложках п-типа, особенно перспективны для применения в качестве
высокочастотных фотодетекторов ультрафиолетового излучения
Ультрафиолетовое излучение, проходящее через тонкие металлические
электроды, поглощается в приповерхностном слое кремния толщиной 100 А.
Вследствие этого умножение носителей в основном стимулируется
электронами, что t обеспечивает низкий шум и большое произведение
коэффициента усиления на ширину полосы. Лавинное умножение фототока
повышает чувстви-
378
Глава 13
X
10
M00t-Inf/2
~30 -20 -ю О
Относительная мощность излучения, 65
Рис. 28. Зависимость амплитуды импульсов фототока в лавинном фотодиоде с
барьером Шоттки от интенсивности излучения при А, = 0,6328 мкм и
длительности световых импульсов 0,8 не. Нижняя кривая соответствует
фототоку при низком обратном смещении. На верхней кривой представлены
максимальные значения амплитуды импульсов умноженного фототока, которые
достигаются при смещении, равном напряжению пробоя [45].
тельность детектирующих систем, состоящих из фотодиодов с барьером Шоттки
и приемника. Кроме того, имеется возможность усиления высокочастотных
импульсов фототока.
Лавинные фотодиоды с гетеропереходами, особенно из соединений типа AHIBV,
