- •Министерство образования и науки рф
- •Содержание
- •I. Рабочая программа дисциплины…………………………………………..
- •1.1 Цели освоения дисциплины
- •1.2. Место дисциплины в структуре ооп
- •1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (модуля)
- •1.5.Образовательные технологии
- •1.6.Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы бакалавров. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
- •1. Каков диапазон длин волн видимой части спектра излучения.
- •1.7.Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
- •1.8.Материально-техническое обеспечение дисциплины.
- •II. Материалы, устанавливающие содержание и порядок изучения
- •2.1 Распределение часов по темам и видам учебной работы
- •2.2.Содержание курса Квантовая и оптическая электроника
- •1. Когерентные источники излучения
- •Условия возникновения лазерной генерации
- •Квантовые переходы в двухуровневых системах
- •1.3. Кинетические процессы в трехуровневых квантовых системах (рубиновый лазер)
- •1.4. Квантовые переходы в четырехуровневых системах
- •1.5. Полупроводниковые инжекционные лазеры
- •1.6. Полупроводниковые лазеры с электронной накачкой
- •1.7. Газовые лазеры
- •1.8. Твердотельные лазеры
- •2.1. Принцип действия фотодиодов
- •2.2. Многоэлементные фотоприемники
- •3. Некогерентные источники излучения
- •3.1. Принцип действия излучающих диодов
- •3.2. Основные материалы излучающих диодов
- •2.3.Темы практических и семинарских занятий
- •2.4Лабораторный практикум.
- •2.5.Методические указания студентам
- •2.6.Методические рекомендации для преподавателя
2.1. Принцип действия фотодиодов
Простейшая фотодиодная структура представляет собой электронно-дырочный переход (рис. 2.1), внутренне электрическое поле которого создает потенциальный барьер 0 U, где U – внешнее напряжение, 0 – контактная разность потенциалов.
Рис.
2.1
Контактная разность потенциалов определяется из выражения
,
где - тепловой потенциал;,– равновесная концентрация дырок в соответствующих областях;,– равновесная концентрация электронов в соответствующих областях.
П
Рис.2.2
Другой механизм поглощения излучения связан с ионизацией атомов кристаллической решетки с образованием свободных носителей заряда. При этом различают собственное поглощение и примесное поглощение (рис. 2.2).
Очевидно, что при собственном поглощении, энергия поглощаемых фотонов должна быть больше E3
.
Таким образом, для конкретного полупроводникового граничная длина волны поглощения определяется из условия:
.
Для основных материалов используемых для создания фотодиодов граничная длина волны будет следующей. Для германия Ge (E3 = 0,68 эВ) – гр 1,8 мкм; для кремния Si (E3 = 1,12 эВ) – гр 1,1 мкм; для арсенида галлия GaAs (E3 = 1,45 эВ) – гр 0,85 мкм; для сернистого свинца PbS - гр 2,7 мкм; для арсенида индия InAs - гр 3,6 мкм. Таким образом, край собственного поглощения этих материалов лежит в ИК-области.
Т
Рис.2.3
Поглащательная способность или квантовая эффективность полупроводников характеризуется квантовым выходом ф, который равен отношению числа генерированных пар электрон-дырка к числу поглощенных фотонов излучения. При > гр квантовый выход ф=0 (рис.2.3). В рабочем спектральном диапазоне фотоприемников квантовый выход обычно равен единице. При = c/>2E3 – ф>1. Это связано с тем, что при такой энергии поглощенных фотонов, образующиеся фотоносители сами способны образовывать дополнительные носители.
Для характеристики эффективности использования фотоносителей вводится понятие коэффициента собирания фотоносителей, который определяется отношением числа протекающих через p-n переход фотоносителей к числу поглощенных фотонов.
.
Очевидно, для повышения Q необходимо ООЗ приближать к поверхности фотодиода, чтобы как можно меньше фотоносителей успело прорекомбинировать. Таким образом толщина базы фотодиода должна быть как можно меньше.