1.1.5. Фотодиоды с поверхностными барьерами

Фотоприемники с поверхностным барьером Шоттки также обладают высоким быстродействием и эффективностью. Подобные барьеры, образующиеся на контакте металла с полупроводником (рис. 1.8), могут быть получены и на материалах, в которых невозможно создать р-п-переходы.

Если электронный полупроводник контактирует с металлом, у которого работа выхода электронов меньше работы выхода для полупроводника, то определенное число электронов переходит из полупроводника в металл. Ионизованная донорная примесь в полупроводнике образует слой положительного пространственного заряда, обладающий высоким сопротивлением. При включении диода в запирающем направлении (минус на металле) ширина барьера увеличивается в соответствии с формулой

Подпись: Рис. 1.8. Фотоэффект в поверхностном барьере, включенном в запирающем направлении

(1.12)

где ε-диэлектрическая проницаемость; ε0 — электрическая постоянная; UK — контактная разность потенциалов; U—внешнее напряжение;

Nd — концентрация доноров.

Если Nd =1·1017 см-3, то при напряжении в несколько вольт d 1·10-5 см. Тонкий слой металла толщиной 1·10-6 см| может быть нанесен на полупроводник методом вакуумного распыления. Свет направляют на кристалл сквозь эту почти прозрачную пленку (в случае диода Аu — Si слой Аu пропускает 95% излучения с λ = 0,63 мкм). Если d >x*, то основная часть света с энергией фотонов hv > ΔЕ поглощается в области, в которой присутствует сильное электрическое поле (переход 2 на рис. 1.8). Возникшие пары быстро разделяются полем и время пролета τi может быть сделано очень малым (τi=10-10 –10-11 с), особенно в том случае, когда х* и толщина d меньше 1 мкм.

По мере увеличения частоты уменьшается х* и область поглощения света сдвигается к металлическому слою. Тем не менее вследствие близости барьера к поверхности это поглощение остается в пределах поля барьера и диффузионная составляющая тока отсутствует. Чувствительность диодов Шоттки, как и p-i-n-переходов, является высокой и достигает SI = 0,5 А/Вт. Особенностью барьеров Шоттки является возможность регистрации фотонов с hv<ΔE. При энергии фотонов, большей высоты барьера со стороны металла, электроны могут вводиться в полупроводник из металла (переход 1 на рис. 1.8). Соответственно расширяется область спектральной чувствительности фотодиода.

Чтобы предупредить сильное отражение света от поверхности диода, на нее наносят просветляющее покрытие, например пленку сульфида цинка с коэффициентом преломления 2,30 для λ=0,63 мкм. Толщину пленки устанавливают такой, чтобы при интерференции лучей, отраженных от границ пленки, получался минимум, т. е. чтобы отражение отсутствовало для лучей данной λ.

Введение в оптоэлектронику


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.