Сидорець Ростислав Григорович. Вплив структури базової області і контактів на характеристики інжекційних фотодіодів

Краткое описание

Сидорець Ростислав Григорович. Вплив структури базової області і контактів на характеристики інжекційних фотодіодів: дис... канд. техн. наук: 05.12.20 / Одеська національна академія зв'язку ім. О.С.Попова. - О., 2004.

Сидорець Р.Г.Вплив структури базової області і контактів на характеристики інжекційних фотодіодів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.20 оптоелектронні системи. Одеська національна академія звязку ім. О.С.Попова, Одеса, 2004.
Дисертація присвячена актуальним питанням удосконалення характеристик оптоелектронних елементів прийому та реєстрації випромінювання на базі нових науково-технічних рішень і розробці нових типів інжекційних фотодіодів.
Одержав подальший розвиток метод підвищення фоточутливості діодів шляхом реалізації внутрішнього інжекційного підсилення. Розроблено критерії оцінки фотоелектричного інжекційного підсилення в області домішкового” та власного” поглинання випромінювання.
Отримані аналітичні вирази для розрахунку характеристик на основі неоднорідно-легованих та варизонних напівпровідників. Використанням базових матеріалів з неоднорідною структурою можна досягти значного підвищення фоточутливості ІФД.
Досліджено умови та механізми реалізації фотоелектричного інжекційного підсилення в поверхнево-барєрних структурах при досягненні досить високого рівня інжекції з контакту метал-напівпровідник. Одержані та досліджені інжекційні фотодіоди на основі Ni-Si:Au-ПБС.

Проведені дослідження, спрямовані на удосконалення фотоприймачів з інжекційним підсиленням, призначених для використання в оптоелектронних системах, виявили ряд закономірностей, аналіз яких дозволяє стверджувати, що сформульована в роботі мета може вважатися досягнутою. При виконанні роботи використовувалися коректні і достовірні методи досліджень. Розроблені методи і пристрої можуть бути впроваджені в промисловості і в навчальному процесі.
Струми, які протікають крізьp-Ge:Hg-діоди зd/L >1 , визначаються дрейфом носіїв заряду в обємі напівпровідника, внаслідок чого реалізується степенева залежність темнового струму та струмової фоточутливості від прикладеної напруги. Інжекційне підсилення при домішковому освітленні реалізується у ІФД за рахунок безпосереднього впливу світла на біполярну дрейфову рухливість, тобто є параметричним.
Коефіцієнт фотоелектричного підсилення ІФД дорівнює добутку коефіцієнта підсилення еквівалентного резистору та коефіцієнту підсилення струмів неосновних носіїв заряду. Це дозволило створити фотоприймачі з відносним коефіцієнтом підсиленняК= 10100 для ІЧ-області спектра (l= 812 мкм) зі струмовою чутливістюSi= 2 А/Вт приТ= 77 К та детектуючою спроможністюD* = 1010см Гц1/2Вт1, що відповідає параметрам найкращих зарубіжних аналогів.
Наявність польового МДП-електрода на боковій поверхні бази дозволяє збільшити фоточутливість ІФД. Можливість збільшення детектуючої спроможностіD* при цьому повязана з тим, що найбільша величинаSiприпадає на область напруг, де генераційно-рекомбінаційні шуми структури малі.
Неоднорідне легування бази та наявність градієнта ширини забороненої зони в базіp-i-n-діода приводять до появи вбудованих квазіелектричних полів, впливаючих на розподіл нерівноважних носіїв заряду.
В результаті дослідження ІФД на основі неоднорідно-легованих і варизонних напівпровідників установлено, що:

а) максимальний вплив на вид вольт амперної характеристики і коефіцієнт фотоєлектричного підсилення на степеневій (IV2) ділянці ВАХ визначає неоднорідний розподіл глибокої домішки. Крутизна ВАХ зростає, якщо концентрація домішки мінімальна біля інжектуючогоn-i(p)-переходу;
б) найбільш сильний вплив вбудованих полів проявляється при малих напругах зовнішнього зміщення. Такі структури поряд з високим коефіцієнтом інжекційного підсилення мають велику детектуючу спроможністьD*;
в) вбудовані поля впливають на час прольоту інжектованих носіїв заряду; зменшення цього часу збільшує фоточутливість діодів;
г) використання як бази ІФД варизонних напівпровідників дозволяє одержувати діоди з можливістю перебудови (при зміні рівня інжекції) спектральної характеристики, що розширяє функціональну спроможність фотоприймачів;
д) спектральною характеристикою ІФД можна керувати магнітним полем внаслідок прояву гальвано-магнітно-рекомбінаційного ефекту.
7. Дослідженням інжекційних поверхнево-барєрних структур установлено, що:
а) високого рівня інжекції для структур Ni-Si:Au можна досягти створенням діелектричного прошарку між металом та напівпровідником, створенням інверсійного шару біля поверхні кремнію та підвищенням питомого опору вихідного матеріалу;
б) реалізовано інжекційне підсилення фотоструму в Ni-Si:Au-ПБС. Найбільше підсилення припадає на область довжин хвиль l= 1,252,25 мкм і може досягати 15 та більше
в) лазерний відпал забезпечує перебудову довгохвильової межі спектральної чутливості (по зворотньому струму) Mo-Si-діодів порядку 50%;
г) варіант керування струмовою характеристикою фоточутливості ПБС шляхом анізотронного стискання дозволяє працювати в режимі гасіння фотоструму та підвищувати детектуючу спроможністьD* фотоприймача.