Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
одновременно имеет место дрейф и диффузия, и частота по уровню 3 дб
ограничена следующими значениями [Л. 43, 36]:
Для того чтобы выбрать прибор, имеющий оптимальные параметры на данной
частоте модуляции излучения данной длины волны, необходимо знать
спектральную чувствительность и предельную частоту различных фотодиодов.
На рис. 29 представлена рабочая область кремниевых и германиевых
фотодиодов как функция предельной частоты шо уровню 3 дб и длины волны
[Л. 44]. При этом принято, что коэффициент собирания превышает 60%
независимо от потерь, связанных с контактами и отражением. Эта
зависимость
(57)
(58)
0,4a.vtl > firtft-diff >0,4а2Д".
(59)
1,5
1,3
<ь
Sf
О;
| | °>S
I*
'Ч
получена из зависимости а от К (см. рис. 23) и уравнений для предельной
частоты (57)-(59). Например, для детектирования излуче-
О
ния гелийнеонового лазера (около 6 300 А) при частоте модуляции 10 Ггц
наилучшим оказывается кремниевый p-i-n фотодиод. В тех случаях, когда
могут быть использованы как кремниевые, так и германиевые фотодиоды,
преимущество оказывается на стороне кремниевых фотодиодов вследствие
более низкого последовательного сопротивления (более высокая
растворимость примесей в диффузионных слоях) и меньшей емкости (меньшая
диэлектрическая постоянная). В том случае, когда ни кремниевые, ни
германиевые p-i-n фотодиоды не отвечают предъявляемым требованиям,
следует использовать германиевые р-п структуры.
Г., Фотодиоды с барьером Шоттки. Фотодиоды с барьером Шотткн также могут
быть использованы в качестве высокоэффективных фотодетекторов [JI. 45,
46]. Диаграмма энергетических зон и прохождение токов в диодах с барьером
Шоттки рассматривались в гл. 8. Типичный пример приведен на рис. 30. Для
того чтобы исключить большие потери на отражение и поглощение при
освещении диода через металлический контакт, необходимо, чтобы слой
металла был очень тонким (приблизительно 100 А), и применялись
просветляющие покрытия.
Энергетическая зонная диаграмма диода с барьером Шоттки в условиях
равновесия представлена на рис. 30,6, где Фвп-высота
G е p-i-n \
- He-Ne ~ 1 1 1 1 //// '// // Веур-т Si p-i-n
1 1 J .1,. ..
в 4 8 /г W го
Предельная частота, Ггц
Рис. 29. Соотношение между длиной волны падающего излучения и предельной
частотой для германиевых и кремниевых фотодиодов [Л. 44].
металл Пслупродойник
Падающее
излучение
Просветляющее покрытие Тонкая плен ка металла*
Внешний
/ Вывод v Термокомп-рессионкый • контакт Контакт
п-слои или^ n-ни л*-слой
Рис. 30. Диод с барьером Шоттки и с просветляющим покрытием.
а - схематическое изображение диода; б - диаграмма энергетических зон у
контакта металл-полупроводник [Л, 46].
барьера Шоттки. Диод может работать в различных режимах в зависимости от
энергии фотонов и прикладываемого к диоду смещения:
а) При Eg>hv>t/Фвп и U<^:Ub (рис. 31,а), где UB - напряжение
лавинного пробоя, возбужденные излучением в металле электроны
могут преодолевать барьер и собираться в полупроводнике. Это
явление
широко используется для определения высоты барьера Шоттки и для изучения
процессов переноса горячих электронов в металлических пленках [JI. 47].
б) При hv>Eg и {/¦Cl/s (рис. 31,6) излучение создает пары электрон -
дырка в полупроводнике, и основные характеристики диода очень близки к
характеристикам p-i-n фотодиода.
в) При hv>Eg и U~Uп (высокое обратное смещение) (рис. 31,е) диод может
работать как лавинный фотодиод (Л. 48].
Кроме того, диод может быть использован как эффективный детектор в
ультрафиолетовой области спектра [Л. 49, 50]. В этой области коэффициент
поглощения в наиболее широко используемых полупроводниках очень велик:
порядка 105 см-1 н более, так что эффективная глубина поглощения 1/"=
=0,1 мкм и менее. Можно таким образом выбрать металл и просветляющее
покрытие, что большая часть падающего излучения будет поглощаться близ
поверхности полупроводника, где имеет место максимальное умножение.
Рисунок 32 является интересной ¦иллюстрацией того, как можно получить
высокую прозрачность металла и покрытия при малых потерях излучения (JI.
46], На рис. 32,а показано обычно применяющееся просветляющее покры-
¦ О
тие - пленка ZnS толщиной 500 А с коэффициентом преломления, равным 2,3.
Золотая пленка имеет комплексный ко-
- в
эффяциент .преломления к=0,28-/0,301 при Я=6 328А (дли-
на волны излучения гелийнеонового лазера), в то время как на этой длине
волны кремниевая подложка имеет коэффициент преломления, равный 3,75-
/0,018. На рис. 32,6 представлены рассчитанные зависимости
прозрачности, коэффициента отражения и потерь от
толщины слоя золота. Из кривых следует, что при толщине слоя зо-
О
лота около 100 А более 95% падающего излучения проникает вкрем-
Рис. 31. Различные режимы работы диода с барьером Шоттки. а -:
фотоэлектронная эмиссия возбужденных электронов из металла в
полупроводник (Eg>hv>qФвп); б~ межзониое возбуждение пар электрон-дырка
(hv>Eg); в - генерация пар электрон-дырка и лавинное умножение при
