Кремний фотодиодтың спектралдық ауданын кеңіту

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 55 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі

әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті

Сапарбаев Н. А.

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

КРЕМНИЙ ФОТОДИОДТЫҢ СПЕКТРАЛДЫҚ АУДАНЫН КЕҢІТУ

050611-«Астрономия» мамандығы

Алматы 2012

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі

әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті

Физика-техникалық факультеті

Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы

«Қорғауға жіберілді»

Кафедра меңгерушісі Приходько О. Ю.

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

КРЕМНИЙ ФОТОДИОДТЫҢ СПЕКТРАЛДЫҚ АУДАНЫН КЕҢІТУ

050611-«Астрономия» мамандығы бойынша

Орындаған Сапарбаев Н. А

Ғылыми жетекшісі

ф-м. ғ. к., доцент Сванбаев Е. А.

Норма бақылаушы Тлеубаева И. С.

Алматы 2012

РЕФЕРАТ

Бітіру жұмысы 60 беттен, 49 формуладан, 21- суреттен, 25 - әдебиеттер тізімінен тұрады.

Жұмыстың мақсаты: Kремний фотодиодтың сәуле қуатына тәуелділігін зерттеу; Жасыл және көк жарық диодтарымен жарықтандырған кезде рекомбинацияның квадраттық сипаттамасын куәландыратын сызықтық емес тәуелділік орын алатынын көрсету.

Глоссарий

Фотоэлектрлік эффект - бетіне әсірекүлгін сәуле түскен кезде сілтілік металдарда электрондардың ұшып шығу құбылысы.

Фотоөткізгіштік - электромагниттік сәуле әсер еткен кездегі жартылайөткізгіштің электрөтімділігінің үлкею құбылысы.

Фоторезистор - өткізгіштігі жарықтың әсеріне байланысты өзгеретін жартылайөткізгіштік прибор.

Болометр - сәулеленудің селекті емес жылулық қабылдағыш, шағылу кезіндегі электрлік кедергінің өзгеруіне негізделген.

Микрофотометр - пластинканың қараюының дәрежесін өлшейтін құрал.

Оптрондар - бір корпусқа орнатылған осы немесе басқа оптикалық байланыстағы сәулелену көзі және қабылдағышы бар оптоэлектрондық прибор.

Қысқартулар мен белгілеулер

∆W - жартылайөткізгіштің тиым салынған аймағының ені

d - жартылайөткізгіштің қалыңдығы

ВАМ- вольт-амперлік мінездеме

ИҚ - инфрақызыл

μ - шұңқырдың жылжуы

Ћ - Планк тұрақтысы

е -электрон заряды

ν - электромагниттік сәулеленудің критикалық жиілігі

R - жарықтық кедергі

K - кедергінің өзгеру қысқалығы

μ - электрондар жылжуы

TDI - time delay integration

N - түсті фотонның интенсивтілігі

ЭҚК - электр қозғаушы күші

ЗБҚ - зарядтық байланысы бар құрылғылар

МДЖ - металл-диэлектрик-жартылайөткізгіш

HST- HUBBLE SPACE TELESCOPE

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ

: 1

КІРІСПЕ: КРЕМНИЙ ФОТОДИОДТАРЫНЫҢ АНЫҚТАМАСЫ МЕН ҚҰРЫЛЫМЫ

6: 7

: 1. 1

КІРІСПЕ: Кремний фотодиодының қасиеттері

6: 7

: 1. 2

КІРІСПЕ: Фотодиодтардың түрлері

6: 11

: 1. 3

КІРІСПЕ: Астрофотометриядағы сәуле қабылдайтын құралдар

6: 11

: 1. 4

КІРІСПЕ: Көп элементті матрицалық жарықсезгіш приборлар

6: 18

: 1. 5

КІРІСПЕ: фотоөткізгіштігі

6: 21

: 1. 6

КІРІСПЕ: Фотоөткізгіштіктің элементар теориясы

6: 23

: 1. 7

КІРІСПЕ: Гетероауысулар

6: 26

: 2

КІРІСПЕ: ФОТОДИОДТАР ЖӘНЕ ОЛАРДЫҢ ЖҰМЫС ІСТЕУ ПРИНЦИПІ

6: 27

: 2. 1

КІРІСПЕ: Фотодиодтардың жұмыс істеу барысында өтетін құбылыстар

6: 27

: 2. 2

КІРІСПЕ: Фотодиодтардың негізгі параметрлері мен сипаттамалары

6: 33

: 2. 2. 1

КІРІСПЕ: Фотодиодтардың жиіліктік сипаттамалары

6: 33

: 2. 3

КІРІСПЕ: Шуылдар мен фотодиодтардың тапқыштық қабілеті

6: 33

: 2. 4

КІРІСПЕ: Жоғары жиілікті фотодиодтар

6: 35

: 2. 5

КІРІСПЕ: Фототокты іштей күшейтетін фотоқабылдағыштар

6: 38

: 2. 6

КІРІСПЕ: Фотоэффект құбылысы және оның физикалық негізі

6: 40

: 2. 7

КІРІСПЕ: Фототранзисторлар

6: 41

: 2. 8

КІРІСПЕ: Хаббл телескопының ғарыштық жобасы

6: 43

: 3

КІРІСПЕ: ФОТОДИОД ҚҰРЫЛЫМЫНДАҒЫ КРЕМНИЙДІҢ ЕРЕКШЕ ҚАСИЕТТЕРІ

6: 46

: 3. 1

КІРІСПЕ: Нанокристалды кремний

6: 46

: 3. 2

КІРІСПЕ: Нанокристалды кремнийдің қасиеттері

6: 48

: 3. 3

КІРІСПЕ: Нанокристалды кремниді алу әдісі

6: 52

КІРІСПЕ: ҚОРЫТЫНДЫ

6: 56

КІРІСПЕ: ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР

6: 57

КІРІСПЕ

Фотодиодтар - түсетін жарық ағынының әсерінен кері ығысқан p-n өткел арқылы қосымша ток (фототок) тудыратын шапшаң қозғалатын заряд тасымалдаушылар қалыптасатын жартылайөткізгіштік диод.

Фотодиодтың құрылысы мен оны қосу сүлбесі 1, а және б суреттерде келтірілген. база ретінде қолданылатын n-германий дөңгелек пластинасы шынымен жабылған терезеге қарсы металл корпустың ішіне орналастырылған. Электронды-кемтікті өткел германиден жасалынған пластинаға индий тамшыларын тамызу арқылы жасалынған. Осылайша, фотодиодта жарық ағыны p-n өткелдің жазықтығына перпендикуляр бағытталған. жартылайөткізгіш кристалының орналасуының өзге же орналасуы мүмкін: мұнда жарық ағаны өткел жазықтығына параллель таралады.

Фотодиодтарда белсенді элемент ретінде түрлі электрлік өткелдер қолданылады: анық симметриялы p-n өткел, p-i-n өткел, эмиттердің қалыңдығы бойынша өзгеретін қоспалар концентрациясы бар электронды-кемтікті өткел, металл - жартылайөткізгіш өткелі (Шоттка тосқауылы бар диод), гетероөткел және т. б.

Фотодиодтың жұмыс істеу принципі сәулеленген өткелде өтетін физикалық процестерге негізделеді. Жарық ағыны болмаған кезде (Ф = 0) фотодиодта кері кернеудің әсерінен кері ток пайда болады, оның мәні негізгі емес заряд тасымалдаушылардың концентрациясымен, өткел ауданымен, бекітуші қабат облысындағы физикалық процестермен және т. б. анықталады. Сыртқы сәулелену болмаған кезде фотодиод жартылайөткізгіштік диодтан еш ерекшеленбейтіндіктен, I = f (U) үшін орынды, ол үшін Ф = 0 шарты орындалуы тиіс. фотодиод үшін осы тәуелділікті темптік вольт-амперлік сипаттама деп атайды.

Фотодиодты жарықтандыру кезінде (Ф > 0) оның базасында жарық квантының әсерінен заряд қосақтарының пайда болу процесі болады. Заряд қосақтары базаның сыртқы бетінде қарқынды жүреді. Қайта қалыптасқан электрондар мен кемтіктер база қалыңдығы арқылы p-n өткелге диффузияланады.

Бұл жұмыстың мақсаты - кремнилық фотодиод спектралдық ауданын кеңіту болатынын көрсету.

1 КРЕМНИЙ ФОТОДИОДТАРЫНЫҢ АНЫҚТАМАСЫ МЕН ҚҰРЫЛЫМЫ

1. 1 Кремний фотодиодының қасиеттері

Фотодиодтар - түсетін жарық ағынының әсерінен кері ығысқан p-n өткел ақрылы қосымша ток (фототок) тудыратын шапшаң қозғалатын заряд тасымалдаушылар қалыптасатын жартылайөткізгіштік диод.

Фотодиодты жарықтандыру кезінде (Ф > 0) оның базасында жарық квантының әсерінен заряд қосақтарының пайда болу процесі болады. заряд қосақтары базаның сыртқы бетінде қарқынды жүреді. Қайта қалыптасқан электрондар мен кемтіктер база қалыңдығы арқылы p-n өткелге диффузияланады.

Кемтіктер контактілі өрісімен қоса кетіп, p-облысына лақтырылып тасталады, осылайша өткел арқылы негізгі емес заряд тасымалдаушылардың ағын тығыздығы артады, сәйкесінше, прибордағы кері ток мәні де ұлғаяды. Қайта қалыптасқан кемтітер көп жағдайда p-n өткел облысына жетуі үшін базаның қалыңдығы кемтіктердің диффузиялық ұзындығынан кем болуы тиіс: w < Lp.

Процесс (1) шарт орындалған жағдайда анағұрлым тиімді жүреді. Осы талапқа сәйкес фотодиод базасының қалыңдығына сәйкес таңдЫалады.

Вольт-амперлік сипаттамалары. Фотодиод арқылы өтетін токтың берілген кернеуге тәуелділігін анықтау үшін ертеректе алынған (2) қатынасты қолданамыз:

(1)

Қарастырылып отырған жағдайда сыртқы тізбекте қосымша кернеу көзі болады және сәйкесінше, p-n өткелдегі кернеу мынаған тең болады:

(2)

Осыны ескере отырып, (2) теңдеуді былайша түрлендіріп жазамыз:

(3)

(3) сәйкес тұрғызылған фотодиодтың вольт-амперлік сипаттамалары (1 а сурет ) сәулеленген p-n өткелдің вольт-амперлік сипаттамасынан тұрады (2- сурет) .

Жоғарыда айтылғанындай, көлеңкелік сипаттама (Ф = 0) диодтың вольт-амперлік сипаттамасының кері тармағы болып саналады. Сондықтан кремнийден жасалынған фотодиодтарда көлеңкелік ток германиден жасалынған фотодиодтармен салыстырғанда айтарлықтай аз болады, ал кері кернеу артқан кезде оның да қоса артуы жартылайөткізгіштік диодтар жағдайындағыдай түсіндіріледі.

Жарық ағыны артқан сайын фототок (1) сәйкес сызықты өседі, ал бұл Ф > 0 және

= const шартына сәйкес сипаттамалардың эквидистанттылығын анықтайды.

Фотодиодтың энергетикалық сипаттамалары (1, б сурет) жарық ағынының кең өзгеру интервалында жеткілікті мөлшерде сызықты болады. Кері кернеу артқан кездегі фототоктың да қоса артуы бекітуші қабаттың кеңеюімен және сәйкес база енінің кемуіиен түсіндіріледі, осының нәтижесінде негізгі емес заряд тасымалдаушылардың аз бөлігі база қалыңдығында p-n өткелге диффузия процесінде рекомбинацияланады.

Германий және кремнийден жасалынған фотодиодтардың салыстырмалы спектрлік сипаттамалары 1, в суреттерде бейнеленген. фотодиодты сәулелендіру кезіндегі заряд қосақтарының қалыптасуы негізінен меншікті жұтылуға негізделеді. Сондықтан рұқсат етілмеген зонасының ені анағұрлым үлкен ( ) кремнийден жасалынған приборлардың спектрлік сипаттамаларының максимумдары германиден жасалынған ( ^w 0, 72 эВ) . приборларға қарағанда кіші мәндеріне сәйкес келеді. осы себепті германиден жасалынған приборлар үшін ұзын толқынды шекара анағұрлым ұзын толқындар аумағында жатыр.

Қысқа толқындар маңына қарай сезімталдылықтың азаюы мынадай себептермен түсіндіріледі. Осы облыста коэффициенті жеткілікті үлкен ( 10 ⁵ см~ ¹ ), фотондар негізінен базаның сыртқы бетімен жұтылады, мұнда беттік орталықтардағы рекомбинация ықтималдылығы айтарлықтай үлкен және p-n өткелге сәйкес келетін негізгі емес заряд тасымалдаушылардың саны кеми түседі.

Фотодиодтың жиіліктік сипаттамасы (1, г сурет) прибордың жарықтылық бойынша модульденген жарық ағынына қарсы жауабын көрсетеді. Абцисса өсімен ағын жарықтылығының Ф модуляция жиілігі / салынған. / жиілік артқан сайын фототоктың артуы фотодиодтың инерциялық қасиеттерінің бар екендігін дәлелдейді.

1сурет - Фотодиодтың (а) вольт-амперлік (б) энергетикалық (в) спектрлік және (г) жиіліктік сипаттамалары.

1-германилі фотодиод; 2-кремнилі фотодиод.

Фотодиодтардың инерциялығы бірқатар факторларға негізделген: оның ішінде өткел сиымдылығының заряд уақыты, сонымен қатар тасымалдаушылардың өткелге диффузиясы уақыты мен тасымалдаушылардың өткелдегі көлемдік заряд облысы арқылы өту уақытттары маңызды рөл атқарады. Егер жарық ағыны модульдейтін тербелістер периоды тасымалдаушылардың қозғалысының қосынды уақытымен салыстыруға келетіндей болса, онда прибордағы токтың өзгеру процестері жарық ағыны интенсивтлігінінің шапшаң өзгерістерінің соңынан ілесе алмай қалады. Нәтижесінде жиілік артқан сайын фотодиод жүктемесіндегі токтың айнымалы құраушысының амплитудасы кемиді және жарық ағынын тудыратын тербелістер арасындағы фазалық ығысу мен прибордағы токтың айнымалы құраушысы артады. [23] еңбекте мәнінде ток амплитудасы модуляцияның төменгі жиілігіндегі мәнімен салыстырғанда есе кемиді, ал фазалық ығысу 70° - тан асады. Қарастырылып отырған құрылымдағы фотодиодта өткелдегі көлемдік заряд облысы жеткілікті тар және тасымалдаушылардың қозғалысының негізгі уақыты базадағы кемтіктердің диффузиясымен анықталады: (п - Ge) : . Біздің жағдайымызда әдеттегі жартылайөткізгіш диодпен салыстырғанда кемтіктер базадан өткелге диффузияланады, уақыт шамамен осы мәннен екі есе асып түседі. Сондықтан (1) ескере отырып, мынаны жазуға болады:

Осы жерден айнымалы ток құраушысының амплитудасы есе кемитін ( ), шекаралық жиілік мынаған тең болады:

Жартылайөткізгіштерде әдетте электрондардың қозғалғыштығы кемтіктермен салыстырғанда жоғары болады және сәйкесінше, . Сондықтан инерциялық қасиеттер көзқарасы тұрғысынан n-жартылайөткізгіш негізіндегі базасы бар фотодиодтарға басымдылық беріледі.

Фотодиодтардың параметрлері. Фотодиодтардың параметрлеріне алдымен оның жұмыс режимін анықтайтын барлық электрлік шамалар жатады: номинал жұмысшы кернеу мен максимал мүмкін болатын кері кернеу . Фотодиодтардың параметрлері ретінде фоторезисторларда қолданылатын шамалар алынады. Олар сәулелендіруші жарықтың әсерінен электр сигналдарын қалыптастырады және жарық сигналдарын табу және тіркеу үшін қажет. Осы параметрлерге сезімталдылық s, шекаралық жиілік, шекті ағын мен табушы қасиеті D жатады.

Осы параметрлерді жақсарту мақсатында соңғы жылдары бірқатар фотодиодтар жасалынды, олардың құрылысы қарастырылып отырған құрылғылардан аздап ерекшеленеді.

1. 2 Фотодиодтардың түрлері

Бекітілген электр өрісі бар фотодиод. Осы прибордың энергетикалық диаграммасы 1в суретте келтірілген. Осындай фотодиодтағы электронды-кемтікті өткел м-жартылайөткізгіштің пластинасына акцепторлық қоспалардың диффузиясы арқылы туады. Осы тұста базадағы қоспалардың концентрациясы біртексіз болады, оның мәні база бетінен өткел бағытына қарай кеми түседі. Акцепторлық атомдардың жылулық иондануы салдарынан базадағы кемтіктердің концентрациясы да біртексіз болып қалады, оның өзі өткелге қарай диффузияланып, база бетіндегі ионданған акцепторлық атомдардың теріс зарядтары ашыла түседі. Базада кернеулік векторы база бетіне бағытталған өріс туады. Базаны сәулелендіру кезінде жарық ағыны тудыратын заряд тасымалдаушылар осы өріспен ажыратылады. өткелге қарай электрондардың қозғалысы енді тек диффузиямен ғана емес, сонымен қатар өрістегі дрейфпен де сипатталады. осының салдарынан базадағы электрондар қозғалысының қосынды сомасы кемиді.

Бекітілген өрісі бар фотодиодтардың жиіліктік қасиеттерін жақсартуға приборды диффузиялық әдіспен жасау кезінде базаның қалыңдығы 3-5 мкм дейін кемітілетін жағдай да үлес қосады.

p-i-n типті фотодиод германиден де, кремниден де жасалына береді. Оның ерекшелігі мынада: жартылайөткізгіштің р- және n-облыстары i қабатымен - меншікті жартылайөткізгіш қабатымен ажыратылған. Осылайша, приборда екі өткел қалыптасады: p-i типті және n-i типті. Алайда, егер фотодиодқа қос өткелдің заряд облыстарымен шамалас кері кернеу берілген болса, онда бекітуші қабаты i-облыста жататын бір ғана өткел түзіледі.

1. 3 Астрофотометриядағы сәуле қабылдайтын құралдар

Астрофизиканың бір маңызды тәсілі астрофотометрия, яғни аспан шырақтарының шығаратын сәулелерін (радиациясын) өлшеу. Осы мақсат үшін қолданылатын құралдарды фотометрлер дейді. Фотометрлердің сәулені қабылдайтын негізгі бөліктері: фотопластинка, фотоэлемент, термоэлемент, болометр. Сәуле қабылдағыштың бір түрі өзіміздің көзіміз. Көз, фотопластинка, фотоэлемент жиілігі әртүрлі сәулелерді бірдей сезбей, тек оларды екшеп, сезеді. Көз өте-мөте сары (толқын ұзындығы 0, 55 микрон) сәулелерді жақсы сезеді. Кәдімгі фотопластинка өте күлгін (толқын ұзындығы 0, 45 микрон) сәулелерді сезгіш.

Енді фотометрлердің кейбір түрлерін қарастырайық. Мұндай құралдар өте сезімтал және бақылаушы адамға тәуелді емес. Соңғы жылдарда шыққан электрондық фотокөбейткіш деген құралдар арқылы фотоэлемент сезбейтін өте бәсең жарықты да өлшеуге мүмкіндік туды. Осы күнде жаңа электрондық техникада сигналдар құрылымының фотоэлектрлік және электрооптикалық принципіне негізделген жартылайөткізгіш приборлар кеңінен қолданылады. Осылардың бірі нәтижесінде ондағы жарық энергиясының жұтылуы болатын заттың электрофизикалық құрамының өзгеруімен негізделген принцип. Осыдан заттың өтімділігі өзгереді немесе фотосезгіштік элемент қосылған шынжырдағы токтың өзгеруіне әкелетін ЭҚК туады. Екіншісі жарықсәулелендіретін ток элементінен өтетін заттың сәулелену генерациясымен байланысты принцип. Көрсетілген принциптер оптоэлектрониканың ғылыми негізін құрайды - ақпаратты сақтауда, өңдеуде және тасымалында электрлік сияқты оптикалық әдістер мен тәсілдер қолданылатын жаңа ғылыми техникалық бағыт.

Осы кезде оптикалық электрониканың приборларынсыз техника мен ғылымның әртүрлі облыстарында даму мүмкін емес. Оптикалық электроника бұрыннан адам өмірінде маңызды роль атқарады. Ал жыл өткен сайын оны адам іс-әрекетіне енгізу қарқынды түрде дамып келеді.

Жарық қабылдаушы - көз (теңгеру фотометрі) . Бұл фотометрде бақылаушы трубадан қарап жалтырауын өлшегелі отырған жұлдызбен қатар, жанып тұрған электр лампасының кішкене қылын - «салыстыру жұлдызын да» көреді. Бақылаушы бұл жасанды жұлдыздың жарықтығын нашарлатып отырып, әлгі өлшегелі отырған жұлдыздыкімен теңгереді. Неше есе нашарлатқаны белгілі болады; ендеше осыған сүйеніп әлгі жұлдыздың жалтырауын да есептеп шығарады. Фотометрияда көзбен бақылаудың маңызы төмендеп, оны күннен күнге механикаландырып келеді.

Жарық қабылдаушы - фотопластинка. Осы кезде фотографиялық фотометрия көп қолданылады. Неғұрлым жұлдыз жарығырақ болған сайын, солғұрлым фотографиялық негативтерде оның дөңгелекше кескінінің диаметрі үлкендеу болады және ол кескін солғұрлым қараңғылау болады. Сонда, жұлдыздың жалтырауын дөңгелекшенің диаметрін өлшеу арқылы да, қараюының дәрежесін өлшеу арқылы да есептеп шығаруға болады.

Мұндай әдіспен Күн атмосферасы, тұмандық сияқты аумақты объектілердің жалтырауын анықтаумен қабат, олардың әр жеріндегі заттардың қалай таралуын да анықтауға болады. Пластинканың қараюының дәрежесін өлшейтін құралды микрофотометр дейді. Жарық қабылдағышы термоэлемент не фотоэлемент болатын фотометрлер де астрономияда жаппай тарап келеді. Аспан денесінен келген жарық тесікше терезеден өтіп, не термоэлементке не фотоэлементке түсіп, электр тогын (термо не фототок) туғызады. Бұл токты өлшеу арқылы жарықтың энергиясын анықтауға болады.

Мұндай құралдар өте сезімтал және бақылаушы адамға тәуелді емес. Соңғы жылдарда шыққан электрондық фотокөбейткіш деген құралдар арқылы фотоэлемент сезбейтін өте бәсең жарықты да өлшеуге мүмкіндік туды.

Болометр - бұл да түскен жарықтың энергиясын өлшейтін құрал. Мұнда түскен жарықтың жылуының әсерінен қарайтылған металл пластинкасының кедергісі өзгереді, сондықтан ондағы ток күші өзгереді. Токтың күші бойынша жарық энергиясын есептеп шығарады. Болометрдің пластинкасын спектрдің әр жеріне қойып, әртүрлі сәуленің энергиясын жеке-жеке өлшеуге де болады.

Аспан денелерінің радиацияланған фотометриялық бақылаулар арқылы өлшегенде физикадағы сәуле шығару (Стефан-Больцман т. т. ) заңдары көп қолданылады.

2 сурет- фотодиодтың энергетикалық диаграмасы

3 сурет- p-i-n фотодиодтың энергетикалық диаграммасы

Осындай фотодиодтағы базаны жеткілікті жұқа етіп жасайды, сондықтан фотондардың меншікті жұтылуының негізгі актілері i-облысқа сәйкес келеді. прибордағы генерацияланған тасымалдаушылардың негізгі қозғалыс уақыты олардың i-облыс арқылы дрейфімен анықталады:

(4)

Осы жерден fгр ⁼ жиілік үшін мынаны жазуға болады:

, (5)

Мұндағы а - өткелдегі контактілі өріс.

p-i-n фотодиодтары симметриялы p-n өткелден тұратын фотодиодтар сияқты жиіліктері 10 ГГц дейін жететін сигналдарды табу үшін кеңінен қолданылады.

Осындай типтегі фотодиодтардың артықшылықтары рұқсат етілетін кері кернеулер мен өткел сиымдылығының аздығымен байқалады.

Шотка тосқауылына ие фотодиод. Осы диодтың құрылымы мен энергетикалық диаграммасы 3 суретте бейнеленген. Кремний кристалының бетіне алтынның жұқат қабаты жағылған (0, 01 мкм), оның өзі жұқа диэлектрик қабықшасымен қапталған, осылайша жарықтандырушы жабын түзіледі. Кремний, алтын мен күкіртті мырыштың сыну коэффициенттерінің әр түрлілігінің салдарынан жарық сәулесі белгілі бір толқын ұзындығынан бастап, осы қабықшалардың шекарасынан шағыла отырып, аз шығынмен металл қабықша арқылы кремний кристалына енеді. Мысалы, гелий-неон лащермен алынған ( 0, 63 мкм) жарық ағыны өткенде қуаттың тек 5%-ы ғана жоғалады.

4 сурет- құрылғының және фотодиодтың энергетикалық диаграммасы (Шоттки барьерімен)

Егер фотон энергиясы hv > онда кремний кристалында, оның бетінде меншікті жұтылу байқалады. Қалыптасқан электрондарың өткелге дрейфі болады, осылайша фототок қалыптасады.

Жоғары кері кернеулерде бекітуші қабаттағы қозғалатын бөлшектердің энергиясы валенттік байланыстарды үзу үшін жеткілікті (соқпа иондану) . Осы жағдайда өткелдің көшкіндік бұзылуына тән заряд тасымалдаушылардың көшкіндік көбею процесі қалыптасуы мүмкін. Осы құбылыс көшкіндік фотодиодтарда қолданылады, оның негізінде тек Шоттка тосқауылы ғана емес, сонымен қатар әдеттегі p-n өткел де жатуы мүмкін.

Көшкіндік фотодиод. 4 суреттерде планарлық технология әдісімен жасалынған p-n өткелі бар кремнийлік көшкіндік фотодиодтың, сонымен қатар Шоттка тосқауылы бар платина-кремнийлік фотодиодтың құрылымдары келтірілген. Қос приборда фотосезімтал облыс диаметрі кіші дөңгелек терезе ретінде орындалған (40-60 мкм) . Осы облыстың аса үлкен емес өлшемдері приборға қойылатын талаптардың біріне негізделген: тасымалдаушылардың көшкін тәрізді көбеюі белгілі бір кері кернеу мәнінде кристалдың барша көлемінде сәулелендірілген бет маңында жүзеге асады. Фотосезімтал ауданшаның үлкен өлшемдерінде қалыңдығы бойынша біртекті және құрылымы бойынша жұқа кристалл бетінде n ⁺ -Si немесе PtSi қабықшаны (0, 1-0, 3 мкм) алу қиынға соғады. Біртексіз қабықшада көшкіндік кедергі кернеуінің төменгі мәні байқалатын микробөлімшелер түзілуі мүмкін, осының салдарынан тасымалдаушылардың көшкіндік көбеюі кристалдың аз көлемінде ғана жүзеге асады және фототоктың тығыздығы кемиді.

Қабықшаның шетінде кернеудің төменгі мәндерінде жергілікті көшкіндік кедергінің алдын алу үшін сақтау сақинасы - негізгі кристалдың өткізгіштігінің мәнімен шамалас, бірақ, қоспаларының концентрациясы аз болатын сақиналы қабат қолданылады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.