1. Контрольные вопросы

   1. Объясните принцип работы p-i-nфотодиода.

   2. Приведите основные характеристики и параметры p-i-nфотодиода в стационарном режиме.

   3. Приведите вольт-амперную характеристику p-i-nфотодиода и объясните ее поведение на различных участках при различных мощностях оптического излучения.

   4. Укажите возможные причины уменьшения чувствительности p-i-nфотодиода при больших мощностях оптического излучения.

1. Лабораторная работа “Измерение амплитудно-частотной характеристики p-I-nфотодиода”

1. Задачи лабораторной работы

Измерить амплитудно-частотную характеристику p-i-nфотодиода, определить его предельную частоту, время нарастания и время спада.

2. Основные характеристики и параметры p-i-nфотодиодов в динамическом режиме

Быстродействие p-i-nфотодиода описывается переходными и частотными характеристиками.

1. Переходная характеристикаотражает зависимость выходного фотосигнала (тока, напряжения, чувствительности)p-i-nфотодиода от времени при воздействии импульса оптического излучения в форме ступени (Рис. 2.2.).

Обратная переходная характеристикаотражает зависимость выходного фотосигнала (тока, напряжения, чувствительности)p-i-nфотодиода от времени при резком прекращении воздействия оптического излучения (Рис. 2.2.).

Время нарастания t_r – минимальный интервал времени между точками переходной характеристикиp-i-nфотодиода со значениями 10% и 90% от установившегося максимального значения фототока.

2. Переходные характеристики p-I-nфотодиода

Время спада t_d – минимальный интервал времени между точками обратной переходной характеристикиp-i-nфотодиода со значениями 10% и 90% от начального значения фототока.

3. Амплитудно-частотная характеристикаотражает зависимость выходного фотосигнала (тока, напряжения, чувствительности)p-i-nфотодиода от частоты модуляции падающего оптического излучения (Рис. 2.4.).

Предельная частотаf_PD– частота синусоидальномодулированного оптического излучения, при которой выходной фотосигнал (ток, напряжение, чувствительность)p-i-nфотодиода падает до значения 0.707 от его значения при немодулированном оптическом излучении. Современныеp-i-nфотодиоды на основе кремния имеют предельные частоты порядка сотен мегагерц, аp-i-nфотодиоды на основе соединенийA^IIIB^V– порядка десятков гигагерц.

4. Частотная характеристика p-I-nфотодиода

3. Динамический режим работы p-i-nфотодиода

Быстродействие p-i-nфотодиода ограничено временем переноса генерированных оптическим излучением неосновных носителей заряда иRCпостоянной времени цепи фотодиода (Рис. 3.2.). Предельная частотаp-i-nфотодиодаf_PDможет быть определена по следующей формуле:

1. (1.1)

где f_t– предельная частота фотодиода, ограниченная временем переноса неосновных носителей заряда,f_RC– предельная частота фотодиода, ограниченнаяRCпостоянной цепи,– средняя скорость неосновных носителей заряда,₀– диэлектрическая проницаемость вакуума,– относительная диэлектрическая проницаемость поглощающего слоя,A– площадь фоточувствительной области фотодиода,d– ширина поглощающегоi-слоя,R_s– последовательное сопротивление фотодиода,Z_L– сопротивление нагрузки. Из приведенной формулы видно, что для уменьшения времени переноса неосновных носителей заряда необходимо уменьшать толщину поглощающегоi-слоя, а для уменьшенияRCпостоянной цепи фотодиода (уменьшения барьерной емкостиp-nперехода) и увеличения квантовой эффективности необходимо увеличивать толщину поглощающего слоя. Таким образом, при заданной площади фоточувствительной области существует оптимальная толщина поглощающегоi-слоя, при которой предельная частотаp-i-nфотодиода максимальна (Рис. 3.2.):

2. (1.2)