Рівняння сімейства вольтамперних характеристик фотодіода. Перехід освітлений паралельно та перпендикулярно. Аналіз залежності вольтамперних характеристик фотодіода від фізичних параметрів напівпровідника. Порядок розрахунку та специфіка розв’язку задач.
Аннотация к работе
На тему: “Розрахунок фотодіода з метою отримання бажаних параметрів вольт амперних характеристик”Вплив випромінювання на вольтамперну характеристику р-n-переходу залежить від таких факторів, як інтенсивність і довжина хвилі, геометричні розміри і фізичні параметри р-n-переходу, а також від напряму падіння випромінювання по відношенню до переходу. вольтамперний фотодіод фізичний напівпровідникСтруктура переходу і спосіб його освітлення в даному випадку схематично представлено на рис. При дуже малих струмах, що протікають через перехід, струмом переносу можна знехтувати і врахувати тільки дифузійні струми. Тоді рівняння неперервності для електронів р-області в цих умовах має вигляд: (1) Граничні умови для даного випадку будуть наступні: В р-області: Х=-1; У випадку, коли рівняння 5,6 спрощуються і повний струм в p-n-переході: (8)Кати потік фотонів Q падає перпендикулярно до площини р-n-переходу, то товщина 5, в якій існує потенціальний барєр, дуже мала в порівнянні з розмірами р-і n-областей, а також з дифузними довжинами носіїв в цих областях електричне в Поле існує виключно в області барєру, а за межами цієї області напруженість електричного поля рівна нулю, тому носії поза областю барєру перемішуються Дифузно, а концепція носіїв є дуже мала і замість статистики Фермі можна застосувати статистику Больцмана. Розвязуючи рівняння 10 і застосовуючи граничні умови при xn=0, отримаємо вираз для розподілу концентрацій дірок в n-області: (14) Із рівнянь 14 і 15 отримаємо вираз для діркової і електронної складової густини струму в р-n-переході, освітленому перпендикулярно до площини переходу: (16) Являють швидкості теплової генерації неосновних носіїв в обох областях; Lh-ефективна дифузна довжина дірок в n-області: (20) а Le - ефективна дифузна довжина електронів в р-області. Вираз в квадратних дужках формули 24 визначає залежність чутливості фотодіода від конструктивних параметрів р-n-переходу Як бачимо, чутливість не залежить від товщини пластини ?.Темновий струм фотодіода можна виразити за допомогою струму Is насичення розрахованого для переходу, товщина якого значно більша дифузних довжин носіїв. Густина струму насичення js залежить тільки від фізичних параметрів напівпровідника з обох областях переходу і визначається за формулою: (36) 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. В напівпровідниках з великою шириною забороненої зони (Si,Ga,As) необхідно врахувати вплив носіїв генерованих в шарі просторового заряду, яку можна визначити по формулі: (39) Так, як товщина шару просторового заряду ? залежить від напруги, прикладеної до переходу, то темновий струм Si фотодіодів не має насичення в в порівнянні з Ge фотодіодами, а пропорційний U1/2 для переходів з великим градієнтом домішок, або U1/3 з малим градієнтом домішок.Перехід отриманий методом вирощування, має в n - області питомий опір pn і час життя ?h , а в рр - області рр і час життя електронів ?e. Підрахувати чутливість фотодіода для випромінювання з довжиною хвилі ? 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;За кривими залежності дифузної довжини електронів і дірок в германії від їх часу життя визначити дифузну довжину Le ,Lh (рис. По кривій залежності коефіцієнта відбивання від довжини хвилі падаючого випромінювання для Ge знайти R? ,а по кривій залежності квантового виходу ?? внутрішнього фотоефекту в Ge від довжини хвилі випромінювання (рис.2. додатку). Знайти відношення 1/Le і 1/Lh і скориставшись рис.5. обчислити Fp формулою 24 або 25. По рис.4 /додатку/ визначимо напругу пробою і коефіцієнт запасу для даного питомого опору бази /див. задачу 1 /. 8 .По рис.8 знаходимо, що для германію з даним питомим опором і часом життя носіїв, густина струму насичення jsПерехід отриманий методом вирощування, має в n-області питомий опір rn і час життя th, а в р-області rp і час життя електронів te. Підрахувати чутливість фотодіода для випромінювання з довжиною хвилі l, 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; Для розвязку задачі виконуємо наступні пункти: А)коли довжина кожної області переходу рівна l1: 1. За кривими залежності дифузної довжини електронів і дірок в германії від їх часу життя визначаю дифузну довжину: ?n=100мкс;У цій курсовій роботі розраховано основні параметри фотодіода з метою отримання бажаних параметрів вольтамперних характеристик, чутливість фотодіода для випромінювання з довжиною хвилі l, темновий струм і відношення фотоструму до темнового струму, розміри і фізичні параметри фотодіода, який є одним з основних і базових приладів оптоелектроніки.
План
Зміст
Вступ
1. Рівняння сімейства вольтамперних характеристик фотодіода
1.1 Перехід освітлений паралельно
1.2 Перехід освітлений перпендикулярно
1.3 Аналіз залежності вольтамперних характеристик фотодіода від фізичних параметрів напівпровідника
1.4 Розрахунок фотодіода з метою отримання бажаних параметрів вольтамперннх характеристик