Лавинные фотодиоды

На рисунке показано устройство кремниевого лавинного фотодиода с р-п переходом, изготовленного методами планарной
технологии, а также платиново-кремниевого фотодиода с барьером Шоттки. В обоих приборах фоточувствительная область выполнена
в виде круглого окна малого диаметра (40-60 мкм). Небольшие размеры этой области обусловлены одним из основных требований к
прибору: лавинообразное размножение носителей должно возникать при некотором обратном напряжении во всем объеме кристалла
вблизи облучаемой поверхности. При больших размерах фоточувствительной площадки трудно получить однородную по толщине и
структуре тонкую (0,1-0,3 мкм) пленку n+-Si или PtSi на поверхности кристалла. В неоднородной пленке возможно образование
микроучастков с пониженным напряжением лавинного пробоя, вследствие чего лавинное раз-мнржение носителей будет происходить
лишь в небольшом объеме кристалла и плотность фототока существенно уменьшится.
Предотвращению локального лавинного пробоя при пониженных напряжениях у краев пленки служит так называемое охранное кольцо -
кольцеобразный слой с проводимостью того же знака, что и проводимость основного кристалла, но с меньшей концентрацией
примеси. Вследствие меньшего градиента концентрации примесей и большего радиуса кривизны пробой по периметру охранного кольца
возникает при более высоких напряжениях, чем в активной области.
Физические процессы в лавинном фотодиоде отличаются по сравнению с обычным фотодиодом дополнительным лавинным размножением
генерированных светом носителей в запирающем слое электронно-дырочного перехода. Вследствие этого процесса ток
внешней цепи фотодиода увеличивается по сравнению с током
, обусловленным световой генерацией пар зарядов и темновым током, в М раз, где
М=
М-коэффициент умножения носителей.
Увеличение фототока в результате лавинного размножения иногда в литературе называют усилением первичного фототока или
фотоумножением. Коэффициент М, определяется отношением числа дырок (или электронов), появившихся в результате развития
лавины, к числу первичных дырок (или электронов), вызвавших развитие лавинного процесса. Развитие лавины носителей того
или иного знака определяется особенностями поглощения квантов света в приборе. Значение коэффициента поглощения
различно для разных длин волн. Для кремния 47.gif при длине волны 48.gif 0.4 мкм, а при длине
волны 48.gif 0,85 мкм его значение снижается до 7-102 см-1. Поскольку поглощение происходит в слое толщиной w49.gif, то в
случае коротковолнового облучения (48.gif 0,4 мкм) кванты света поглощаются в54.gif -р .диоде в приповерхностном кислое;
через переход движутся неосновные носители - дырки и в результате развивается лавина дырок. В случае длинноволнового
облучения основные акты поглощения протекают за переходом и, следовательно, в область объемного" заряда, создавая лавину,
приходят электроны.
Связь между величиной коэффициента умножения и приложенным к прибору напряжением описывается зависимостью:
,
где
- напряжение на переходе; R - последовательное объемное сопротивление фотодиода.
Из этого соотношения можно получить формулу для максимального коэффициента умножения
