Міністерство освіти і науки України

Національний університет “Львівська політехніка”

Кафедра “Електронні прилади”

Курсова робота

На тему

“Розрахунок фотодіода з метою отримання бажаних параметрів вольт амперних характеристик”

Виконав

ст. гр. ЕЛ-2

Поліщук В.І.

Перевірила

Івах М. С.

Львів 2014

Зміст

Рівняння сімейства вольтамперних характеристик фотодіода…….	3
Перехід освітлений паралельно…………………………………..	3
Перехід освітлений перпендикулярно……………………………	6
Аналіз залежності вольтамперних характеристик фотодіода від фізичних параметрів напівпровідника……………………….	12
Розрахунок фотодіода з метою отримання бажаних параметрів вольтамперннх характеристик……………………….	14
Порядок розрахунку……………………………………………….	15
Графіки додатку……………………………………………………...	17
Розв’язок задач…………………………………………………………	18
Висновок .……………………………………………………………	22

1. Рівняння сімейства вольтамперних характеристик фотодіода.

Фотодіод - напівпровідниковий прилад, в якому використовується зміна вольт-амперної характеристики р-n- переходу під дією електромагнітного випромінювання. Вплив випромінювання на вольтамперну характеристику р-n-переходу залежить від таких факторів, як інтенсивність і довжина хвилі, геометричні розміри і фізичні параметри р-n-переходу, а також від напряму падіння випромінювання по відношен­ню до переходу.

На практиці, як правило, зустрічаються два крайні випадки; випромінюваная падає перпендикулярно до площини р-n переходу; випромінювання падає паралельно площині р-n-переходу. Для обох випадків освітленості рівняння вольтамперної характеристики фотодіода можна привести до одного і того ж загального вигляду. Проте залежність деяких параметрів фотодіоду, наприклад, фоточутливість, від конструктивних і фізичних параметрів переходу в обох випадках є різною.

1. Перехід освітлений паралельно.

Структура переходу і спосіб його освітлення в даному випадку схематично представлено на рис. 1, а зонна модель переходу - рис.2.

Рис.1. Перехід р-n, освітлений паралельно площині переходу.

При дуже малих струмах, що протікають через перехід, струмом переносу можна знехтувати і врахувати тільки дифузійні струми. Вся напруга, яка прикладена до електродів, припадає на область бар'єру між р- і n- ділянками.

Рис.2. Зонна модель освітленого р-n-переходу зі зворотнім зміщенням.

Тоді рівняння неперервності для електронів р- області в цих умовах має вигляд:

(1)

Аналогічне рівняння можна записати для дірок в n-області. Граничні умови для даного випадку будуть наступні:

В р-області:

Х=-1;

Х=0; (2)

В n-області:

Х=1;

Х=0; (3)

Розв'язок рівняння неперервності і для ∆р-області має вигляд:

(4)

Аналогічний вираз можна отримати для р, розв'язуючи рівняння неперервності в n-області. Густину електронної складової дифузного струму можна визначити за формулою:

(5)

Аналогічним чином, густина діркового струму в n-області для х=0 визначається виразом:

(6)

Повний струм в переході рівний сумі електронної і діркової складових:

(7)

Де j_c і j_h визначаються рівнянням 5 і б.

У випадку, коли рівняння 5,6 спрощуються і повний струм в p-n-переході:

(8)

Тут А-площина переходу.

Вираз 8 є рівнянням сімейства вольтамперних характеристик фотодіоду. Першbq доданок рівняння визначає характеристику неосвітленого фотодіоду, тобто Характеристику темнового струму, другий - який не залежить від прикладеної напруги, являє собою фотострум носіїв, генерованих в межах дифузних довжин від потенціального бар'єру в переході.

В приведених нижче міркуваннях, прийнято, що товщина напівпровідникової пластини ω в напрямі падіння випромінювання значно менша дифузної довжини L_e i L_h так, що всі генеровані на поверхні носії можуть дифундувати через всю товщину пластинки. Тоді швидкість генерації носіїв g однакова по всьому об'єму і визначається рівнянням:

де η_λ- квантовий вихід внутрішнього фотоефекту;

R_λ- коефіцієнт відбивання;

Q - потік фотонів ( фотон/см² с)

Якщо ця умова, не виконується, тобто, якщо ω> L_e , L_h густина фотоструму була б функцією відстані точки від освітлювальної поверхні. В цьому випадку величину фотоструму можна отримати шляхом інтегрування рівняння 7 по всій товщині пластинки з врахуванням зміни g.