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 рn і час життя h , а в рр - області рр і час життя електронів e.
Переріз має товщину і ширину н.
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;
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 фотодіод дозволяв отримати фотострум ІФ>>1mА, темновий струм в області насичення ІT <=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 Lе ,Lh (рис. 1. додатку)
2. По кривій залежності коефіцієнта відбивання від довжини хвилі падаючого випромінювання для Gе знайти R ,а по кривій залежності квантового виходу внутрішнього фотоефекту в Gе від довжини хвилі випромінювання (рис.2. додатку).
3. Знайти відношення 1/Le і 1/Lh і скориставшись рис.5. обчислити Fр формулою 24 або 25.
4. Знайти величину фотоструму Іф.
5. Знайти величину темнового струму Іт за формулою 36, знайшовши рівноважну концентрацію неосновних носіїв рn , nр . За рис.З. /додатку/ визначити концентрацію основних носіїв nn, рр
6.Знайти відношення Іф до ІT .
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 Аn Іт/js
10.Визначити інтегральну потужність випромінювання, що падає на перехід Аn за формулою Р=Р Аn
Якшо ідеальну чутливість германевого фотодіода прийняти С=0.54 А/Вт , то
ІФ=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 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 h , за графіком рис.1 /додатку/ знаходимо Lh і приймемо товщину бази n
За формулою 31 провіримо, який коефіцієнт розділення для носіїв генерованих в базі. Для = 1.5 мкм за графіком рис.6 знайдемо коефіцієнт поглинання. Так як n>>1/ 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 | n Ом см | h мкс | p Ом см | e мкс | мм | H мм | 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 rn і час життя th, а в р-області rp і час життя електронів te.
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:
n=100мкс;
Ln=0,410-3 м;
p=20мкс;
Lp=0,6510-3м;
2. По кривій залежності коефіцієнта відбивання від дожини хвилі падаючого випромінювання для Ge знаходжу R
= 1мкм;
R=0,45;
а по кривій залежності квантового виходу внутрішнього фотоефекту в Ge від довжини хвилі випромінювання:
= 1мкм;
=0.95.
3. Знайшовши відношення
l =0.8 мм, Ln=0,410-3 м;Lp=0,6510-3м;
та скориставшись відповідним рисунком обчислимо Fp за формулою (24):
4. Знаючи Fp знаходжу величину фотоструму Iф :
Iф=-2FpPHl1=-29,9710-20,15510-30,8=-1,9010-8(A)
5. Знаходжу величину темнового струму Iт за формулою(36), знайшовши рівноважну концентрацію неосновних носіїв за рисунком додатку, концентрація основних носіїв рівна:
n = 16 Ом см;
nn=71019м-3;
p = 0,8 Ом см;
pp=41022 м-3;
за формулою:
,
де
звідси (A)
6. Знайдемо відношення Iф до Iт:
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 :
n=100мкс;
Ln=0.4 м;
p=20мкс;
Lp=0.65 м.
2. По кривій залежності коефіцієнта відбивання від дожини хвилі падаючого випромінювання для Ge знаходжу R
= 1мкм;
R=0.45;
а по кривій залежності квантового виходу внутрішнього фотоефекту в Ge від довжини хвилі випромінювання:
= 1мкм;
=0.95.
3. Оскільки у даному випадку l2>>L, можна прийняти cth1;cosech0 і рівняння (24) спроститься :
4. Знаючи Fp знаходжу величину фотоструму Iф :
Iф=-2FpPHl2=-22,2810-20,15510-38=-3,3110-7(A)
5. Знайдемо відношення Iф до Iт:
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. Іф>>1мA, темновий струм в області насичення Іт£10мA і максимальна робоча напруга фотодіода Um³50B.
Розраховуючи другу задачу даної курсової роботи треба врахувати, що р-n-перехід освітлений перпендикулярно і такі параметри, як Le, Lh, Rl, hl, Dh, De, pn, nn, не змінюються, а максимальна чутливість Сl= 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