Время реакции фотодиодов

Наконец, предельная скорость реакции фотодиода определяется тремя факторами: емкостью перехода С, временем прохода носителей через обедненную область и временем диффузного переноса носителей, образовавшихся за пределами обедненной области, в эту область. Если рассматривать только электрический аспект, граничная предельная частота для эквивалентной схемы фотодиода, показанной на рисунке, может быть определена как частота, при которой полное сопротивление с реактивной емкостной составляющей и сопротивление цепи равны. Следовательно, для достижения высокого быстродействия должны использоваться небольшие нагрузочные сопротивления и маленькая площадь приемника с небольшой емкостью перехода. Кроме того, емкость перехода — убывающая функция обратного смещения, поэтому увеличение смещения также увеличивает быстродействие прибора.

Второй фактор, определяющий время реакции фотодиодов, это время, которое требуется носителям, вновь образовавшимся с одной стороны обедненной области, чтобы полностью пересечь всю область. При уровне собственного поля в кремнии скорость носителей имеет насыщение порядка 105 м/с. Для устройств с шириной обедненной области порядка 20 мкм максимальное время перехода составляет около 0,2 не, что ограничивает верхний предел частоты 5 ГГц. У приборов с более узкой обедненной областью этот верхний предел выше.

Последний фактор, ограничивающий время реакции фотодиодов, это время, которое требуется носителям, образовавшимся за пределами обедненной области, чтобы диффундировать в эту область через области материала р — и n-типа с низким уровнем поля. Этот процесс по своей сути очень медленный, поэтому при разработке приборов прилагаются значительные усилия, чтобы минимизировать влияние этого эффекта. Использование широкой обедненной области и большого тока смещения позволяет уменьшить влияние ограничений, связанных с диффузией.

Лавинные фотодиоды.

Чтобы обеспечить быстродействие, приходится использовать нагрузку с малыми значениями сопротивления. Однако это приводит к значительному снижению напряжения сигнала. Поэтому для достижения приемлемого уровня сигнала часто применяются фотодиодные детекторы, интегрированные в одном корпусе с высокоскоростными предусилителями. Существует другой способ усиления сигнала без снижения быстродействия с помощью приборов, которые называются лавинными фотодиодами (APD).

См. также:  Основные принципы мультиплексирования датчиков

Если к р-п-переходу приложено высокое обратное смещение, носители, образующиеся под воздействием освещения, благодаря полю будут ускоряться, достигая высоких энергий. Энергии этих носителей достаточно для создания дополнительных носителей в результате переходов из зоны валентности в зону проводимости.