Шоттки фотодиодтары

Шоттки барьері бар фотодиодтың қарапайым құрылымы 6.10-суретте көрсетілген.

Қатты легірленген п⁺ кремниийдің подложкасында жоғарыомдық п-типті шалаөткізгіштің жұқа эпитаксиалды қабаты шығарылады. Содае кейін жақсылап тазаланған п-типті материалдың үстіне жұқа шалапрозрачный қабатты(≈ 0,1 мкм) себеді, ал оның бетіне антибейнелейтін жапқышты себеді.

Металл - шалаөткізгіш контактісінің құрылымы мен құрамы металдағы және шалаөткізгіштегі Ферми деңгейінің өзара орналасуына байланысты .

6.10.-сурет. Шоттки барьері бар фотодиод 6.11-сурет. Металл- шалаөткізгіш контактысының зоналық диаграммасы

6.11-суретте U_Fм < U_Fпп жағдайы үшін металл-шалаөткізгіш контактысының зоналық диаграммасы көрсетілген.

Контактының пайда болу кезінде электрондар шалаөткізгіштен п-типті металға ауысады. Осылайша металдың шалаөткізгіштің шекараларының жанында донордың көлемді оң ионды заряды сонымен қатар электр өрісі пайда болады.

Шалаөткізгіштің үстіне жақын энергетикалық деңгейлер қисаяды. Деңгейлердің қисаю дәрежесі беткі потенциалмен сипатталады. Оны көлемнің потенциалдар айырымымен және шалаөткізгіш беткі бөлігінен анықтауға болады. Сыртқы кернеудің қатысуынсыз және оптикалық сәулеленудің қатысуынсыз өткел теңескен жағдайда болады. Бұл жағдай теңескен беткі потенциалмен сипатталады. Контактқа дейінгі қабаттағы потенциалды барьер Шоттки барьері деп атайды. Оның биіктігі р-п өткелдегі ішкі потенциалды барьердің аналогы деп аталады. Шоттки барьерінің полярлығына байланысты берілген сыртқы кернеу биіктігі мен контактқа дейінгі кедергі өзгеріп отырады.

Тура кернеу берілген кезде U_тура потенциалды барьер төмендейді, контактқа дейінгі қабат негізгі электрон тасушылармен және металл-шалаөткізгіш өткел кедергісімен байытылады. Егер сыртқы кернеудің өзгертсе, яғни керң кернеу өткеліне берілсе, онда контакттағы потенциалды барьер көтеріледі. Мұндай жағдайда контактке дейінгі қабат негізгі электрон тасушылармен қаттырақ бірігеді және тепе-теңдік қалыппен салыстырғанда оның кедергісң өседі. Осылайша металл-шалаөткізгіш контактысы тегістейтін құрамды иеленеді және Шоттки диоды деп аталатын негізгі құрылғы болуы мүмкін.

Р-п-өткелдегі диодтармен салыстырғанда Шоттки диодының ерекшелігі негізгі емес тасушылардың инжекциясының болмауы болып табылады. Шоттки диоды негізгі тасушылар қозғалысын қолданады. Оларда диод базасындағы негізгі емес тасушыларды жинақтаумен байланысқан жай процесстер болмайды.

Шоттки барьері бар фотодиодтарда металл контактысында кванттық сәулеленуді жұту мүмкіндігі бар(егер кванттық сәулеленудің энергиясы тыйым салынған зонаның енінен аз болса). Егер кванттық сәулеленудің энергиясы потенциалдық барьердің биіктігінен үлкен болса, онда металлдан қозған электрондар потенциалдық барьер арқылы шалаөткізгішке өтуі мүмкін. Соның нәтижесінде фотодиодтың спектральді сипаттамасының ұзынтолқындық шекарасы әлдеқайда ұзын толқындар жағына ығысады.

Кванттық энергия бойлы Шоттки фотодиодында сәулеленудің жұтылу аймағы фототасушыларды бөліп тұратын өрісі бар көлемді зарядтың қабатына ығысады. Р-п-өткелді фотодиодта жұтылудың аз тереңдігінде фототок тәжірибе жүзінде нөлге тең. Осылайша Шоттки фотодиодының спектральді сипаттамасының қысқатолқынды шекарасы әлдеқайда қысқа толқында орналасқан.

Шоттки фотодиодының оптоэлектроникадағы қолдану перспективасы келесі ерекшеліктермен түсіндіріледі:

• фотодиод базасындағы аз кедергісімен. Сондықтан Шоттки фотодиодындағы барьер сыйымдылығының тұрақты уақыты 10^-12 с-қа тең., ал инерциялылығы көлемді заряд облысымен өткен фототасушылардың ұшу уақытымен – 10^-10...10^-11 с анықталады;

• жоғары жылдам қозғалғыш байланысымен және жоғары сезгіштігімен(S_ф = 0,5 А/Вт);

• әр түрлі металлдардағы және шалаөткізгіштердегі тегістеуші фотосезгіш құрылымдардың жасалу қарапайымдылығымен, сонымен қатар потенциалды Шоттки барьерінің биіктігін басқару мүмкіндігімен. Шоттки барьері бар кремнийлі фотодиодтар λ = 0,63 мкм кезінде 10^-10 с жылдам қозғалыспен S₀ = 0,5 А/Вт фотосезгіштігінде жұмыс жасайды.

• Оптикалық интегральді микросхемамен жақсы сай келуімен.

Ұзынтолқынды облысқа жылжыту үшін базалық облыстағы меншікті кедергіні арттырады және бір уақытта оның қалыңдығын қалыңдатады, яғни т-і-п⁺ құрылымға ауысады, мұндағы т металлды білдіреді.

6.6.