Оптоэлектроникадағы фотодиод

Жоспар реферат

1. Кіріспе және міндеттер қою

2. Физикалық негіздері ішкі фотоэффект

3. Фотодиодтардың жұмыс істеу принципі

4. Практикалық бөлігі (сипаттамасын зерттеу фотодиодтардың)

5. Фотодиодтардың қолданылуы » оптоэлектронике

Қорытынды

Әдебиет

1. Кіріспе және міндеттер қою
Біздің прогресс ғылым мен техниканың түрлі салаларында немыслим жоқ аспаптардың оптикалық электроника. Оптикалық электроника бұрыннан жетекші рөл атқарады адамның өмірі. Ал жыл сайын оны енгізу барлық саласына айналуда адам қызметінің барлық интенсивнее. Және бұған өз себептері бар. Құрылғы оптоэлектроника бар бірқатар айырмашылығы бар басқа құрылғылардан. Келесілерді атап өтуге болады: олардың артықшылықтары.

а) Жоғары ақпараттық сыйымдылығы оптикалық арна байланысты, яғни жиілігі жарық тербелістер (шамамен 1015 Гц) 103-104 есе артық игермеген радиотехникалық бірлестік диапазонында. Кіші мәні толқын ұзындығы жарық тербелісінің жоғары болуын қамтамасыз етеді достижимую тығыздығы жазу, ақпаратты оптикалық есте сақтау құрылғыларында (108 бит/см2).

б) Жіті бағыты жарық сәуле әсерінен болған деп угловая расходимость сәуленің пропорционал толқын ұзындығы және аз болуы мүмкін бір минут. Бұл мүмкіндік береді концентрированно және аз шығындармен беруге электромагниттік энергияны берілген область кеңістік. Бұл шағын габаритті электронды құрылғыларда лазер сәулесін жіберілуі мүмкін фоточувствительные алаңдары микронных мөлшерін.

в) Мүмкіндігі қос – уақытша және кеңістіктік модуляция жарық сәуленің. Ең төменгі элементарлық алаң жазықтығында перпендикуляр бағыт тарату бөлінуі мүмкін үшін тәуелсіз модуляция бөлігінде сәуленің жақын l2(108 см2). Бұл мүмкіндік береді параллельдік ақпаратты өңдеуге өте маңызды құру кезінде өнімділігі жоғары кешендер.

г) Себебі көзі мен қабылдағышты оптоэлектронике емес, бір-бірімен байланысты, электрлік, ал олардың арасындағы байланыс жүзеге асырылады арқылы ғана жарық сәуленің (электрлік нейтралды фотондар), олар бір-біріне ықпал етеді. Сондықтан оптоэлектронном аспабында ақпарат ағыны беріледі тек бір бағытта – көзден қабылдағышқа максимал. Арналар бойынша таратылады оптикалық сәуле емес әсер ететіні, бір-біріне және іс жүзінде сезімтал электромагниттік кедергілерге төзімділікті (осыдан жоғары бөгелуден қорғанушылық).

д) тікелей операция жасау-бабына сырт қарағанда воспринимаемыми образами: фотосчитывание, бейнелеу (мысалы, сұйық кристалдардағы).

Кез келген оптоэлектронное құрылғысы құрамында фотоприемный блок. Көптеген қазіргі заманғы оптоэлектронных құрылғыларды фотодиод ұсынады негізін фотоприемника.

Фотодиоды ие ең жақсы үйлесімділігі бар фотоэлектрлі параметрлері, негізгі тұрғысынан пайдалану оптоэлектронике: жоғары маңызы бар, сезімталдық, тез, шағын маңызы бар паразитивных параметрлерін (мысалы, ток ағып). Қарапайымдылығы, оларды орнату және қол жеткізуге мүмкіндік береді жеке және конструкционного өрлеуді қамтамасыз етуге барынша толық пайдалануға құлайтын жарық.

Салыстыру басқа да, неғұрлым күрделі фотоприемниками, олар ие жоғары тұрақтылығымен температуралық сипаттамаларын және жақсы эксплуатациялық қасиеттері бар.

Негізгі кемшілігі, ол, әдетте, көрсетеді, болмауы күшейту. Бірақ ол жеткілікті условен. Әрбір оптоэлектронном құрылысы фотоприемник жұмыс істейді, сол немесе басқа согласующую электрондық схема. Кіріспе усилительного каскад оған әлдеқайда жеңіл және целесообразнее қарағанда, ол фотоприемнику оған тән емес функцияларын күшейту.

Ал мақсаты менің жұмыс зерттеу болып табылады сипаттамалары фотодиодтардың: вольт-амперной сипаттамалары, пайдалы әсер коэффициентін.

2. Физикалық негіздері ішкі фотоэффект
Падающий затқа жарық ағыны бастан кешуі мүмкін көрініс, сіңіру немесе өтуге насквозь.

Егер поглощенный жарық әкеледі мұндай ұлғайту энергия электрондар, олар тастап, көлемі, занимаемый зат», — дейді сыртқы фотоэффекте. Егер жарықтандыру кезінде өзгереді энергетикалық жағдайы тасушы зарядтың ішіндегі қатты дене болса, онда біз істі ішкі фотоэффектом. Бұл ретте үстеме өткізгіштігі, шартты заряд тасымалдаушылармен құрылған сәуле деп аталады фотопроводимостью.

Кезінде ішкі фотоэффекте бастапқы актісімен болып табылады фотон сіңіру. Сондықтан білім беру процесі еркін тасушылардың заряды әсерінен сәулелену болады әр түрлі ерекшеліктеріне байланысты процесінің сіңіру света. Оның үстіне поглощенный жарық әрқашан тудырады фотоэффект.

Бірнеше түрі бар сіңіру света.

а) меншікті сіңіру.

Бұл түрі сіңіру орын алған жағдайда оптикалық қозғау электрондар болады валентной аймағының аймаққа өткізгіштігі. Үшін полупроводника отырып, тікелей долинами кезінде тік жолдарға фотон энергиясы hn кем болмауы тиіс енінің тыйым салынған аймақтар, онда бар

hn Eg.

Үшін қатты қоспаланған полупроводника n-типті болғанда Ферми деңгейі жоғары орналасқан өлке аймағының өткізгіштігінің шамасына xn, төменгі шекарасы кедергілерінің температураға тәуелділігін сәйкес болады

hn = Eg + xn .

Қатты легированном полупроводнике p-типті Ферми деңгейі жатыр шамасына xp төмен өлкенің валентной аймақ, сондықтан

hn = Eg + xp.

Үлкен энергияда фотондар сіңіруге іргелі облысы ұлғаюына кедергілерінің температураға тәуелділігін есебінен өсу коэффициентінің сіңіру a. Жағдайда меншікті сіңіру a жетеді анағұрлым көп шамасының, – (106 см-1). Сонымен қатар, мұндай сіңіруге концентрациясын арттырады тасушы зарядтың бетіне жақын полупроводника немесе диэлектриктен, олар аз уақыт өмір заряд тасушылар көлемінде.

б) примесное сіңіру.

Мұндай сіңіруге болған кезде тыйым салынған аймақта полупроводника жергілікті деңгейдегі қоспа туғызуы мүмкін ауысулар электрондардың деңгейлері арасындағы қоспалар мен аймақтар. Фотопроводимость, шартты осындай өткелдер деп аталады примесной фотопроводимостью. Жүзеге асыру үшін мұндай ауысулар қажет аз энергия кванта қарағанда, іске асыру үшін өткелдерінің бірі валентной аймағының аймаққа өткізгіштігі. Сондықтан примесное сіңіру орын үлкен толқын ұзындығында құлайтын жарық.

в) экситонное сіңіру.

Кезінде экситонном поглощении жарық орын құру байланысты жұп электрон-дырка, ол болып табылады, электрлік бейтарап білімі бар. Сондықтан жарықтың жұтылуы байланысты білімі бар экситонов, бастапқыда емес туындауына алып келеді еркін заряд тасушылардың. Алайда, нақты кристалдық құрылымдарда экситоны бар айтарлықтай үлкен ықтималдығы диссоциировать безызлучательно (білімі бар электрондардың және тесік), рекомбинировать с испусканием кванта жарық. Осылайша, білім экситонов, сайып келгенде, әкеледі пайда болуына бос тасушылардың заряды, ал фототока. Экситонное сіңіру сипатталады және тар жолақтар сіңіру, анықтайды және жіңішке жолақтар фототока. Бұл ретте фототока спектрін саласындағы экситонного сіңіру байланысты болады бетінің жай-күйі. Бетінің жағдайы полупроводника оңай өзгерту арқылы оған әсер ету (механикалық, химиялық және т. б.). Осылайша өзгертуге болады сипаты наблюдаемого фототока спектрін негізделген, экситонным жұту.

г) жұтылуы еркін заряд тасымалдаушылармен.

Жарықтың жұтылуы еркін таратушылармен зарядының өсуімен бірге олардың энергиясы. Бұл ретте, айырмашылығы жоғарыда қарастырылған үш түрі сіңіру, саны бос тасымалдағыштарды өзгермейді. Сонымен бірге өзгереді қозғалғыштығы тасушылардың заряды.

д) жұтылуы кристалдық тормен.

Нәтижесінде мұндай сіңіру артады амплитудасы тораптар тор. Бұл жағдайда өзгермейді бірде концентрациясы тасушы зарядтың да, олардың қозғалғыштығы. Сондықтан жарықтың жұтылуы кристалдық тормен болып табылады фотоактивным.

Жарықтың жұтылуы еркін заряд тасымалдаушылармен және кристалдық тормен мүмкін емес тікелей шақыруға өзгерту концентрациясы тасушылардың заряды. Алайда, өсуі және концентрациясы тасушы зарядтың осы жағдайларда нәтижесінде болуы мүмкін қайталама әсерлерін кезде жарықтың жұтылуы айтарлықтай арттырады кинетикалық энергиясын еркін заряд тасушылардың немесе концентрациясын арттырады фононов, содан кейін отдают өз энергиясын қозғау тасушылардың заряды.

3. Фотодиодтардың жұмыс істеу принципі
Жартылай өткізгішті фотодиод – бұл жартылай өткізгішті диод, кері ток, оның байланысты жарықтандыру.

Әдетте ретінде фотодиодтардың пайдаланады жартылай өткізгішті диодтар p-n ауысумен, ол аударылуға кері бағытта сыртқы қорек көзі бар.

Жұтқан кезде квант жарықтың p-n ауысуы немесе оған іргелес облыстарда құрылады жаңа заряд тасушылар. Негізгі емес заряд тасушылар пайда болған облыстарда, іргелес p-n көшу қашықтықта аспайтын диффузиялық ұзындығы, диффундируют p-n ауысуы арқылы өтеді және оның әсерінен электр өрісі. Яғни, кері ток жарықтандыру кезінде артады. Сіңіру кванттардың тікелей p-n ауысуы әкеледі ұқсас нәтижелері. Шамасы, ол өседі кері ток деп аталады фототоком.

Қасиеттері фотодиодтардың сипаттауға болады мынадай сипаттамалары бар.

а) вольт-амперная сипаттамасы фотодиодтардың білдіреді тәуелділігі жарық кезінде ток өзгермеген световом толқынында және темнового ток Ітемн кернеу.

б) жарықтық сипаттамасы фотодиодтардың, яғни тәуелділік фототока желтоқсандағы жарықтандыру, сай тікелей пропорционалдық фототока желтоқсандағы жарықтандыру. Бұл қалыңдығы базасын фотодиодтардың айтарлықтай аз диффузиялық ұзындықтың негізгі емес заряд тасушылардың. Яғни, іс жүзінде барлық негізгі емес заряд тасушылар пайда болған базасында қатысады білім фототока.