Лавинные фотодиоды Выполнила студентка группы Сыромолотова А.В.

Лавинный фотодиод – это фотоприемник, в котором повышение квантовой эффективности реализуется за счет внутреннего усиления, благодаря лавинному умножению в обратно смещенном p-n переходе.

Принцип работы При подаче сильного обратного смещения (близкого к напряжению лавинного пробоя), происходит усиление фототока за счет ударной ионизации (лавинного умножения) генерированных светом носителей заряда. Принцип действия лавинного фотодиода

Для реализации лавинного умножения необходимо выполнить два условия: электрическое поле E области пространственного заряда должно быть достаточно большим, чтобы на длине свободного пробега λ электрон набрал энергию большую, чем ширина запрещенной зоны Eg: qEλ > 3/2 Eg ширина области пространственного заряда W должна быть существенно больше, чем длина свободного пробега λ: W >> λ.

Зависимость тока (I) и коэффициента умножения (M) от обратного напряжения (U) на ЛФД. Коэффициент лавинного умножения: где U-обратное напряжение, Ub напряжение пробоя. Показатель степени n принимает значения от 2 до 6, в зависимости от характеристик материала и структуры p n-перехода.

Применение: лазерные дальномеры и волоконные линии связи. Среди новых применений можно назвать позитронно-эмиссионную томографию, лавинные светодиоды. Достоинства: высокий коэффициент усиления, быстродействие (позволяет использовать приборы с арсенидгалиевой основой на скоростях передачи данных до 10 Гбит/с и выше). Недостатки: высокое напряжение смещения (до 400 В), сложность схемы управления регулируемым источником, более низкая чувствительность, избыточные шумы (обусловлен флуктуациями процесса умножения носителей).

Технологии изготовления Для создания данного класса приборов может быть использован широкий круг полупроводников: Кремний используется для работы в ближнем ИК-диапазоне, при этом имеет малые шумы, связанные с умножением носителей. Диаметр свеочувствительной площадки от 40 до 200мкм; рабочий диапазон волн - примерно от 0,4 до 0,8 мкм. Германий принимает инфракрасные волны длиной до 1.7 мкм, но приборы на его основе имееют заметные шумы. Рабочий диапазон волн от 0,5 до 1,5 мкм. InGaAs обеспечивает приём волн длиной от 1.6 мкм, при этом имея меньшие нежели у германия шумы. У InGaAs высокий коэффициент поглощения на длинах волн, используемых в телекоммуникации через волоконно-оптические линии связи, таким образом достаточно даже микронных слоёв InGaAs для полного поглощения излучения.

Структура лавинного фотодиода на основе кремния: 1-омические контакты, 2- антиотражающее покрытие. Конструкция лавинного фотодиода на германиевой подложке.

Конструкция лавинного фотодиода на гетероструктуре (гетероструктура InGaAsP на подложке InP).

Спасибо за внимание!