Параметрів вольтамперннх характеристик.

Задача 1.Виготовлений германієвий фотодіод з п-р-переходом,освітлений паралельно пролшині переходу. Перехід отриманий методом вирощування, має в n - області питомий опір р_n і час життя τ_h , а в р_р - області р_р і час життя електронів τ_e.

Переріз має товщину ω і ширину н.

Підрахувати чутливість фотодіода для випромінювання з довжиною хвилі λ 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;

Задача 2. Визначити які розміри і фізичні параметрі повинен мати сплавний р-n- перехід в германії , щоб при освітленні переходу потоком випромінювання 100мВт/см2 з довжиною хвилі λ фотодіод дозволяв отримати фотострум І_Ф>>1mА, темновий струм в області насичення І_T <=10тА і максимальна робоча напруга фотодіода Uт >=50В.

1.5. Порядок розрахунку.

1. За кривими залежності дифузної довжини електронів і дірок в германії від їх часу життя визначити дифузну довжину L_е ,L_h (рис. 1. додатку)

2. По кривій залежності коефіцієнта відбивання від довжини хвилі падаючого випромінювання для Gе знайти R_λ ,а по кривій залежності квантового виходу η_λ внутрішнього фотоефекту в Gе від довжини хвилі випромінювання (рис.2. додатку).

3. Знайти відношення 1/L_e і 1/L_h і скориставшись рис.5. обчислити F_р формулою 24 або 25.

4. Знайти величину фотоструму І_ф.

5. Знайти величину темнового струму І_т за формулою 36, знайшовши рівноважну концентрацію неосновних носіїв р_n , nр . За рис.З. /додатку/ визначити концентрацію основних носіїв n_n, р_р

6.Знайти відношення І_ф до І_T .

7. 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 js

9. Для того, щоб темновий струм не перевищував 10 мкА , площа переходу повинна задовільняти умову А_n≤ І_т/j_s

10.Визначити інтегральну потужність випромінювання, що падає на перехід Аn за формулою Р=Р А_n

Якшо ідеальну чутливість германевого фотодіода прийняти С=0.54 А/Вт , то

І_Ф=СР≤ 1мА.

Якщо умова не виконується, необхідно зменшити площу переходу.

11.Безпосередньо визначити товщину бази за формулою 31 при даному коефіцієнті розділення неможливо, так як ω_n входить у вираз 21 для L₁.

Проте із рис.5 /додатку/ знаходимо, що високий коефіцієнт розділення можна отримати при товщині бази співмірній з дифузійною довжиною. Тому для τ_h , за графіком рис.1 /додатку/ знаходимо L_h і приймемо товщину бази ω_n

За формулою 31 провіримо, який коефіцієнт розділення для носіїв генерованих в базі. Для λ= 1.5 мкм за графіком рис.6 знайдемо коефіцієнт поглинання. Так як ω_n>>1/λ то можемо не враховувати кількість носіїв, генерованих за площиною переходу.

Підставляючи отримані величини у формули 31 і 21, можемо переконатися, що в цьому випадку коефіцієнт розділення рівний

Для вибраної товщини бази і площі переходу при освітленні потоком р=0.1 Вт/см2 знайдемо фотострум, а також темновнй струм.

Графіки додатку:

озвязок задач

Ge

Варіант	ρn Ом см	τh мкс	ρp Ом см	τe мкс	ω мм	H мм	λ мкм	P мкВт/см2	l1 мм	I2 мм
			0,8		0,5				0,8

Задача 1

Виготовлений германієвий фотодіод з n-р-переходом, освітлений паралельно площині переходу. Перехід отриманий методом вирощування, має в n-області питомий опір r_n і час життя t_h, а в р-області r_p і час життя електронів t_e.

Переріз має товщину w і ширину Н.

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 розв’язку 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:

τ_n=100мкс;

L_n=0,4∙10^-3 м;

τ_p=20мкс;

L_p=0,65∙10^-3м;

2. По кривій залежності коефіцієнта відбивання від дожини хвилі падаючого випромінювання для Ge знаходжу R_λ

λ = 1мкм;

R_λ=0,45;

а по кривій залежності квантового виходу η_λ внутрішнього фотоефекту в Ge від довжини хвилі випромінювання:

λ = 1мкм;

η_λ=0.95.

3. Знайшовши відношення

l =0.8 мм, L_n=0,4∙10^-3 м;L_p=0,65∙10^-3м;

та скориставшись відповідним рисунком обчислимо F_p за формулою (24):

4. Знаючи F_p знаходжу величину фотоструму I_ф :

I_ф=-2∙F_p∙P∙H∙l₁=-2∙9,97∙10^-2∙0,15∙5∙10^-3∙0,8=-1,90∙10^-8(A)

5. Знаходжу величину темнового струму I_т за формулою(36), знайшовши рівноважну концентрацію неосновних носіїв за рисунком додатку, концентрація основних носіїв рівна:

ρ_n = 16 Ом см;

n_n=7∙10¹⁹м^-3;

ρ_p = 0,8 Ом см;

p_p=4∙10²² м^-3;

за формулою:

,

де

звідси (A)

6. Знайдемо відношення I_ф до I_т:

Б) коли довжина кожної області переходу рівна l₂:

1. За кривими залежності дифузної довжини електронів і дірок в германії від їх часу життя визначаю дифузну довжину, у даному випадку :

τ_n=100мкс;

L_n=0.4 м;

τ_p=20мкс;

L_p=0.65 м.

2. По кривій залежності коефіцієнта відбивання від дожини хвилі падаючого випромінювання для Ge знаходжу R_λ

λ = 1мкм;

R_λ=0.45;

а по кривій залежності квантового виходу η_λ внутрішнього фотоефекту в Ge від довжини хвилі випромінювання:

λ = 1мкм;

η_λ=0.95.

3. Оскільки у даному випадку l₂>>L, можна прийняти cth≈1;cosech≈0 і рівняння (24) спроститься :

4. Знаючи F_p знаходжу величину фотоструму I_ф :

I_ф=-2∙F_p∙P∙H∙l₂=-2∙2,28∙10^-2∙0,15∙5∙10^-3∙8=-3,31∙10^-7(A)

5. Знайдемо відношення I_ф до I_т:

адача 2

Визначити, які розміри і фізичні параметрі повинен мати сплавний р-n-перехід в германії, щоб при освітленні переходу потоком випромінювання 100мВт/см² з довжиною хвилі l фотодіод дозволяв отримати фотострум. І_ф>>1мA, темновий струм в області насичення І_т£10мA і максимальна робоча напруга фотодіода U_m³50B.

Розраховуючи другу задачу даної курсової роботи треба врахувати, що р-n-перехід освітлений перпендикулярно і такі параметри, як L_e, L_h, R_l, h_l, D_h, D_e, p_n, n_n, не змінюються, а максимальна чутливість С_l= 0,54 А/Вт. Тому для розрахунку Задачі 2 використаємо наступні пункти:

1. За графіком визначаємо

2. Визначаємо густину струму:

3. Визначаємо інтегральну потужність випромінювання:

4. Коефіцієнт розділення:

Висновок:

У цій курсовій роботі розраховано основні параметри фотодіода з метою отримання бажаних параметрів вольт-амперних 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.

Я ознайомився з основними параметрами фотодіодів та їхніми вольт амперними характеристика, різними типами переходів при різних способах освітлення, навчився аналізувати залежності вольт амперних характеристик фотодіодів від фізичних параметрів напівпровідника