Міністерство освіти і науки Російської Федерації
Московський фізико-технічний інститут
(державний університет)
ФАКУЛЬТЕТ ФІЗИЧНОЇ І квантової електроніки
Курсова робота з предмету: «Електродинаміка суцільних середовищ»
Аналіз механізмів протікання темнових струмів в фотодиодах з InGaAs
г. Долгопрудний 2014
ВСТУП
Одним з найбільш актуальних напрямків вдосконалення оптико-електронної апаратури є використання інфрачервоних матричних фотоприймальних пристроїв (ФПУ) на основі pin фотодіодів, виготовлених в структурах InGaAs. Характерними перевагами даних матриць є малі темнові струми і шуми.
Метою роботи є дослідження механізмів токоутворення в фотодиодах, виготовлених на основі шарів InGaAs.
ПРЕДМЕТ ДОСЛІДЖЕННЯ
Об'єктами дослідження даної роботи є фотодіоди, виготовлені з гетероепітаксійних шарів InGaAs. Арсенід індію-галію - потрійне з'єднання миш'яку з тривалентними индием і галієм. InGaAs являє собою сірі, майже чорні кристали з металевим блиском. Він має переваги в порівнянні з кремнієм і арсенідом галію, зважаючи більшої рухливості носіїв заряду. GaInAs витісняє германій в якості матеріалу для виготовлення приймачів ближнього ІЧ, оскільки має значно менший темновой струм.
фотодіоди НА ОСНОВІ InGaAs
Досліджуваний діод був виготовлений на основі епітаксійних шарів InGaAs, вирощених методом мосгідрідной епітаксії. ФПУ містить матрицю фоточутливих елементів формату 320х256 елементів на основі InGaAs. Активна область кожного елемента матриці має розміри 20х20 мкм, крок між елементами становить 30 мкм. ФПУ детектирует випромінювання в традиційним для матеріалу In0,53Ga0,47As спектральному діапазоні 0,9-1,7 мкм.
Однією з можливих конструктивних рішень побудови ФПУ є планарная архітектура матриці чутливих елементів, що складається з pin переходів, сформованих в гетероепітаксійних ІК структурах потрійних сполук InGaAs/InP.
Рис.1.- Планарная структура
Матриця ФЧЕ формату 320х256 з pin-фотодіодів виготовляється на основі тришарової гетероепітаксійних структури, активними шарами якої є: буферний шар n-типу провідності, фоточутливий шар In0,53Ga0,47As i-типу провідності і ширококутного шар InP , в якому методом дифузії цинку Zn або кадмію Cd формуються області р-типу провідності.
Іншим з можливих конструктивних рішень побудови ФПУ є меза-архітектура матриці чутливих елементів, представлена ??на рис. 3.
Рис.2.- Меза-структура МФЧЕ
фотогенерованих носії заряду, що виникають в шарі In0,53Ga0,47As i-типу провідності меза-структури не мають можливості дифундувати до сусідніх елементам, а поділяються полем переходу і вносять внесок у фотоотклік в межах заданої області поглинання випромінювання.
оптичний електронний фотодіод токоутворенні
МОДЕЛЮВАННЯ ВАХ фотодіоди
Одним з найважливіших завдань при дослідженні фотодіодів є задача визначення домінуючого механізму токоутворення. У даній роботі проводилося розбиття струму на складові, що дозволяє визначити внесок кожної компоненти в сумарний струм.
Дифузійний струм
Дифузійний струм - фундаментальний механізм струмопереносу в фотодиодах на основі переходів. Чисельне вираження для цього струму визначається рівнянням дифузії, фізичний зміст якого полягає в дотриманні взаємної компенсації процесів дифузії і рекомбінації в кожному елементарному шарі при стаціонарному стані, тобто прихід в будь елементарний шар напівпровідника надлишкових диффундирующих носіїв повинен компенсуватися їх спадом внаслідок рекомбінації.
ID=Aqni2?,
У математичної моделі величина дифузійного струму визначається виразом
де - варійований параметр.
Генераційні-рекомбінаційний струм
Виникає в результаті генерації та рекомбінації носіїв в збідненим шарі. Вираз для генераційно-рекомбінаційного струму [1], має наступний вигляд:
Ig? r=A
де W=- ширина збідненого шару, Vbi=-контактними різницю потенціалів.
У математичній моделі використовується наступний вираз для генераційно-рекомбінаційного струму:
