P-i-n-fotodiódák paraméterek, a kialakítása és működése
6.7. p-i-N-fotodiódák
6.7.1. működési elvei
Fotódiódáktól átalakítani a fényt elektromos jelekké közvetlenül. inverz-ly stb Összehasonlítva LED fizikai folyamat. A p-in-fotodiódával egy széles belső (i-) félvezető réteget elválasztó p- és n-típusú zóna ábrán látható. 6.9. A dióda fordított előfeszítést alkalmaznak (5-20 V), ez segít megőrizni töltés lositeli a belső régió.
Ábra. 6.9. p-i-N-fotodióda
A szélessége a belső réteg biztosítja, hogy a magas beeső foton abszorpciós valószínűsége, hogy a réteg nem területek p- vagy n-típusú. A belső réteg egy nagy ellenállást, mert nincs szabad töltéshordozók. Ez vezet a feszültségesés nagyobb része ezt a réteget, és a kapott elektromos mező javítja a válasz sebessége és csökkenti a zajt. Amikor a fénysugár a megfelelő energiát a belső réteget, létrehoz egy pár elektron - lyuk emelő egy elektront vegyértékelektronját a vezetési sávban, hagyva a helyén a lyukat. Az előfeszítő feszültség okozza ezeket a töltéshordozók (elektronok a vezetési sávban) gyorsan elmozdul az átmeneti zónában, ami egy arányos áramot a beeső fény, ábrán látható. 6.9.
6.7.2. működési paraméterek
cutoff hullámhossz
A beérkező foton energia elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy szüntesse meg a elektron sávú, és hozzon létre egy pár elektron - lyuk. Különböző sávú félvezető anyag másik zónába, az energia gáton az elektron-V (eV) összefüggésben lehet a hullámhossz (# 955;) használva ugyanazt az egyenletet, mint a LED-ek.
Egy adott típusú érzékelő energia gát W jelentése állandó, így a fenti képlet ad a maximális hullámhossza lehet rögzíteni, hogy levágási hullámhosszal.
érzékenység
Érzékenység ρ az aránya a kimeneti áram (I), hogy a bemeneti optikai detektor számosságú (P).
A 800 nm-érzékenysége szilícium körülbelül 0,5 A / W, és a csúcs érzékenysége InGaAs körülbelül 1,1 A / W és 1700 nm, csökkenő 0,77 A / W 1300 nm.
spektrális jellemző
A spektrális érzékenységi jellemző változását mutatja a függően a hullámhossz. Tipikus spektrális válasz görbéket a szilíciumot és az InGaAs p-in-dióda ábrán látható. 6.10.
kvantumhatásfokát
Quantum emitter hatásfok arányaként definiáljuk az extrahált elektronok száma beeső fotonok. A csúcs a szilícium és InGaAs kvantum hatásfoka mintegy 80%.
Ábra. 6.10. Spektrális jellemzőit p-i-N-diódák
válasz sebessége
Sebesség detektor válaszidő korlátozza a járat, amely egy időzítési leküzdeni szabad töltések szélessége a belső réteg. Ez a funkció a fordított előfeszítő feszültség és a fizikai szélessége. A gyors p-i-N-diódák, a skála 1,5-10 ns. Kapacitása is befolyásolja a választ eszköz, ahol csomópont kapacitás képezi a belső szigetelőréteg között kialakított elektródákat p- és n-régiók. Nagy sebességgel a reagálási időt fotodióda lehet akár 10 picoseconds egy kapacitív több pF nagyon kis területen.
áram-feszültség karakterisztika
Tipikus áram-feszültség (I-U) görbék a szilícium p-in-fotodiódával mutatják, ábrán. 6.11. Látható, hogy még ha nincs optikai teljesítmény, egy kis fordított áram folyik, amely az úgynevezett sötét folyó (sötét áram). Ez okozta termikus képződése a szabad töltéshordozók, általában megduplázódott minden 10 ° C-os hőmérséklet emelkedés után 25 ° C-on
dinamikatartományú
Közötti lineáris összefüggés a feszültség és az optikai teljesítmény, ábrán látható. 6.11 fennáll általában körülbelül hat tucat ad a dinamikus tartomány 50 dB.
Ábra. 6.11. Az áram-feszültség jellemzőit szilícium p-i-N-fotodióda
6.7.3. Tervezés p-i-N-fotodiódák
Tervezés p-i-n-fotodiódák hasonló használt LED-ek és a lézerek, de az optikai követelmények kevésbé kritikusak. Az aktív régió a detektor általában sokkal nagyobb, mint a szál mag, így keresztirányú igazítás nem jelent problémát.