3. Аналіз залежності вольтамперних характеристик фотодіода від фізичних параметрів напівпровідника.

Темновий струм фотодіода можна виразити за допомогою струму І_s насичення розрахованого для переходу, товщина якого значно більша дифузних довжин носіїв. Густина струму насичення j_s залежить тільки від фізичних параметрів напівпровідника з обох областях переходу і визначається за формулою:

(36)

Для переходів,в яких одна область легована значно сильніше ніж друга, тобто p_n » n_p . Тоді:

(37)

Виконавши елементарні перетворення і підставивши числові значення параметрів Gе, отримаємо:

(38)

Цю залежність можна представити графічно.

Рис.8. Залежність густини струму насичення з сплавах германію

віл питомого опору і часу життя носіїв.

Вираз 36 виведено в припущенні, що впливом неосновних носіїв, які генеровані термічно в шарі просторового заряду переходу, можна знехтувати, з порівнянні з носіями, які генеровані випромінюванням.

Проте такі наближення можливі тільки в напівпровідниках з малою шириною забороненої зони (Іп Sb;Gе), тобто, коли рівноважні концентрації неосновних носіїв в обох областях великі. В напівпровідниках з великою шириною забороненої зони (Sі,Gа,Аs) необхідно врахувати вплив носіїв генерованих в шарі просторового заряду, яку можна визначити по формулі:

(39)

Де δ - товщина області просторового заряду. Відношення густин струмів j_g і j_s

(40)

Із формули 40 випливає, що в напівпровіднику з малим питомим опором і великою шириною забороненої зони, а також малим часом життя носіїв відношення}гЧг може бути набагато більшим одиниці j_g / j_s >>1 .Це обумовлено різною власною концентрацією n, в цих напівпровідниках. Тому в фотодіодах із Si,Gа,Аs густина темнового струму визначається за формулою 39. Так, як товщина шару просторового заряду δ залежить від напруги, прикладеної до переходу, то темновий струм Si фотодіодів не має насичення в в порівнянні з Gе фотодіодами, а пропорційний U^1/2 для переходів з великим градієнтом домішок, або U^1/3 з малим градієнтом домішок.

Другим важливим параметром фотодіода, який залежить від фізичних параметрів напівпровідника є напруга пробою р-n-переходу і обмежує максимальну робочу напругу фотодіода. Величина напруги U_m залежить від питомого опору матеріалу бази переходу.

Для сплавних переходів між напругою пробою і питомим опором встановлюється співвідношення (пробій Зінера)

U_m=112.5р (41)

Для лавинного пробою

Ua=bр² (42)

А, Ь- залежать від типу провідності бази і є різними для різних напівпровідників.

4. Розрахунок фотодіода з метою отримання бажаних параметрів вольтамперннх характеристик.

Задача 1.Виготовлений германієвий фотодіод з п-р-переходом,освітлений паралельно пролшині переходу. Перехід отриманий методом вирощування, має вn - області питомий опір р_n і час життя τ_h , а в р_р - області р_р і час життя електронів τ_e.

Переріз має товщину ω і ширину н.

Підрахувати чутливість фотодіода для випромінювання з довжиною хвилі λ темновий струм і відношення фотоструму до темнового струму при освітленні його потоком випромінювання Р в двох випадках:

А)коли довжина кожної області переходу рівна l₁;

Б)коли довжина кожної області переходу рівна l₂;

Задача 2. Визначити які розміри і фізичні параметрі повинен мати сплавний р-n- перехід в германії , щоб при освітленні переходу потоком випромінювання 100мВт/см2 з довжиною хвилі λ фотодіод дозволяв отримати фотострум І_Ф>>1mА, темновий струм в області насичення І_T <=10тА і максимальна робоча напруга фотодіода Uт >=50В.