Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
гетеропереходом [53].
Фотодетекторы
385
Рис. 35. Зависимость фототока в области насыщения от напряжения на
полевом электроде в МОП-транзи-сторе с подложкой, легированной индием
[54].
Напряжение на затворе, 9
ненная область запорного перехода в основном сосредоточена в слое
коллектора. Это позволяет получить в одном приборе высокое усиление и
высокое напряжение запирания. Прибор обладает симметричным коэффициентом
усиления, который при напряжении запирания В, соответствующем толщине
базы GaAs
2,1 мкм, составляет 180, а при напряжении запирания ±2,6 В,
соответствующем базе толщиной 0,3 мкм, равен 3000.
Структура кремниевого МДП-транзистора с изолированным затвором,
чувствительного к ИК-излучению [54], схематически представлена на рис. 35
(вставка). (Характеристики МДП-транзи-сторов с изолированным затвором
рассмотрены в гл. 8.) Подложка р-типа легирована бором, дающим мелкий
акцепторный уровень, и индием, дающим глубокий акцепторный уровень
(глубина залегания 0,16 эВ от края валентной зоны). В заполненном дырками
состоянии центры индия нейтральны, а при возбуждении дырок в валентную
зону становятся отрицательно заряженными. Прибор работает следующим
образом. Отрицательное напряжение на полевом электроде вызывает
обогащение канала; при этом все
386
Глава 13
центры индия захватывают дырки и переходят в нейтральное состояние. Под
действием инфракрасного излучения в диапазоне 2-7 мкм, обеспечивающего
энергию фотона, достаточную для фотоионизации центров индия, происходит
возбуждение дырок в валентную зону. Этот процесс приводит к увеличению
суммарной плотности заряженных акцепторов б области обеднения, что в свою
очередь модулирует проводимость поверхностного канала. Выражение для
изменения порогового напряжения имеет вид
AVT = 2 (/ЛГА + лг1п - /Щй, (58)
где - разность потенциалов между уровнем Ферми и уровнем Ферми
собственного полупроводника, Ct - удельная емкость окисла, Na -
концентрация бора и Nin - концентрация фото-ионизованных центров индия.
Ток канала в области насыщения пропорционален (VG - VT)2, и, таким
образом, изменение тока канала может быть представлено в виде
Л/д - ЛУГ (Vа - VT - ЛУг/2). (59)
На рис. 35 приведена зависимость фототока в области насыщения от
напряжения на полевом электроде. Полученная зависимость хорошо
согласуется с уравнением (59).
Используя вместо индия другие акцепторные примеси, можно обеспечить
оптимальное согласование области чувствительности прибора с требуемым
спектральным диапазоном. Рассмотренный ИК-детектор может быть интегрально
совмещен с элементами накопления и памяти и выходным усилителем, что
открывает широкие перспективы для его использования в многоэлементных ИК-
фо-топриемниках большой степени интеграции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Anderson L. К., Didomenico М., Jr., Fisher М. В. High-Speed
Photodetector for Microwave Demodulation of Light, in Young L., Ed.,
Advances in Microwaves, Vol. 5, Academic, N. Y., 1970, pp. 1-122.
2. Melchior H. Demodulation and Photo detection Techniques, in Arecchi
F. Т., Schulz-Dubois E. O., Eds., Laser Handbook, Vol. 1, North-Holland,
Amsterdam, 1972, pp. 725-835.
3. Melchior H. Detector for Lightwave Communication, Phys. Today, p.
32 (Nov. 1977).
4. Willardson R, K-, Bear A. C., Eds. Semiconductors and Semimetals,
Vol. 12, Infrared Detector II, Academic, N. Y., 1977.
5. Stillman G. E" Wolfe С. M. Avalanche Photodiode, in Ref. 4, pp.
291-394.
6. Lee T. P., Li T. Y. Photodetectors, in Miller S. E., Chynoweth A.
G., Eds. Optical Fiber Communications, Academic, N. Y., 1979, Chap. 18.
7. Bratt P. R. Impurity Ge and Si Infrared Detectors, in Ref. 4, pp.
39-142.
8 Bube R. H. Comparison of Solid State Photoelectronic Radiation
Detectors,
Trans. AIME, 239, 291 (1967).
9. DiDomenico М., Jr., Svelto O. Solid State Photodetection Comparison
between Photodiodes and Photocondmctors, Proc. IEEE, 52, 136 (1964).
Фотодетекторы
387
10. Van der Ziel A. Fluctuation Phenomena in Semiconductors, Academic,
N. Y., 1959, Chap. 9. [Имеется русский перевод: Ван-дер-Зил А., Флук-
туационные явления в полупроводниках, М., 1961.]
11. Ross М. Laser Receivers-Devices, Techniques, Systems, Wiley, N. Y.,
1966. [Имеется русский перевод: Росс М. Лазерные приемники, М.: Мир,
1969.]
12. Kruse P. W., McGlauchlin L. D., McQuistan R. В. Elements of
Infrared Technology, Wiley, N. Y., 1962.
13. Eisenman W. L., Merriam J. D., Potter R. F. Operational
Characteristics of Infrared Photodiode, in Ref. 4, pp. 1-38.
14. Stillman G. E., Wolfe С. М., Dimmock J. O. Far-Infrared
Photoconductivity in High Purity GaAs, in Ref. 4, pp. 169-290.
15. Gartner W. W. Depletion-Layer Photoeffects in Semiconductors, Phys.
Rev., 116, 84 (1959).
16. Lee H. S., Sze S. M. Silicon p - i - n Photodetector Using Internal
Reflection Method, IEEE Trans. Electron Devices, ED-17, 342 (1970).
17. Muller J. Thin Silicon Film p - i - n Photodiodes with Internal
Reflection, IEEE Trans. Electron Devices, ED-25, 247 (1978).
