Fotodetektory

1 Optoelektronika – cz.II - Fotodetektory  E v E c Absorpcja fotonu E g Fotogeneracja pary elektron-dziura Warunek : g E h E ≥ ⋅ = ν λ lub g c E c h ⋅ = λ λ c =  λ max  – długość fali odcięcia 2 Fotodetektory – materiały Materiał E g  [eV] λ c  [µm] Przerwa 1. Ge 0.7 1.8 skośna 2. InGaAs 0.75 1.6 prosta 3. Si 1.1 1.1 skośna 4. InP 1.35 0.9 skośna 5. GaAs 1.4 0.84 prosta 6. GaP 2.3 0.56 skośna 7. SiC 2.8 0.44 skośna 8. GaN 3.5 0.35 Prosta 3 Fotodetektory – złącze  p-n p n Warstwa  zubo ona Mechanizm przewodzenia fotoprądu Natę enie  pola h ⋅ν U i p E 4 Fotodetektory – złącze p-n Generacja  nośników  w  obszarach  domieszkowanych  jest  niepo ądana,  co  uwzględniają konstrukcje  nowoczesnych  fotodetektorów !!  Para  wygenerowana  w  warstwie  zubo onej  jest  rozdzielana  i  transportowana  w  polu  elektrycznym. 5 Fotodetektory – złącze  p-i-n p n Fotogeneracja – głównie w obszarze  „i” h ⋅ν i U i p w E 6 Fotodetekcja – parametry procesu pd p S q h h P q I ⋅ ⋅ = ⋅ = ν ν η λ Efektywność kwantowa  procesu – fotonów ych absorbowan liczba elektronów ch generowany liczba = η gdzie  S pd  – czułość fotodetektora [ A/W ] 7 Fotodetekcja – parametry procesu Efektywność kwantowa  procesu – ( ) w P P IN abs ⋅ − − = = α η exp 1 α - współczynnik absorbcji  Im większe  α , tym  w  mo e być mniejsze Typowo 10µm 

(…)

… – warstwa antyodblaskowa
Au
n+
n
p - powielanie
p+
π - absorbcja
Au anoda
Fotodetektor lawinowy – krzemowy
18
Szumy w fotodetektorach
Szum śrutowy – losowa fotogeneracja par
Relacja Ip=Spd⋅ Pλ
dla Ip – wartość uśredniona
I (t ) = I p + I d + iS (t )
iSsk = is (t ) = 2 ⋅ q ⋅ (I p + I d ) ⋅ ∆f
2
19
Szumy w fotodetektorach
Szum termiczny – przepływ prądu w R
Pλ
I (t ) = I p + I d + is (t ) + iT (t )
iTsk
4…
… ] = 10 ⋅ log10 
 moc szumów 



Dla szumu śrutowego
 S pd ⋅ Pλ
SNR [dB ] = 10 ⋅ log10 
 2 ⋅ q ⋅ ∆f





22
Szumy w fotodetektorach
Dla szumu termicznego
 R ⋅ (S pd ⋅ Pλ )
SNR [dB ] = 10 ⋅ log10 
 4 ⋅ k ⋅ T ⋅ ∆f

2




Dla szumu śrutowego w APD
 S pd ⋅ Pλ
SNR [dB ] = 10 ⋅ log10 
 2 ⋅ q ⋅ F ⋅ ∆f
A





23
Szumy w APD
Szum śrutowy APD:
iSsk = is (t ) = 2 ⋅ q ⋅ M ⋅ FA ⋅ (I p…
…]
Charakterystyka wyjściowa
Fototranzystor - aplikacja
+VCC
RC
Φ
IC=ICB0+β⋅Ip
IC
UCE
Rb
Fototranzystor jest bardziej czuły ni
fotodioda lecz znacznie wolniejszy !
Fotorezystor - budowa
Padające na półprzewodnik światło powoduje
fotogenerację nośników i zmianę rezystancji.
I
200 lx
100 lx
50 lx
Materiał fotoczuły:
CdS, CdSe, CdTe,
PbS, PbTe
Zale ność R od natę enia
oświetlenia jest silnie nieliniowa.
0 lx
U
300 lx…
... zobacz całą notatkę