Спектральные характеристики фотоприёмников

В связи с появлением в последнее время когерентных источников различных типов в области длин волн от 0,4 до 1,153 мкм знание монохроматической чувствительности приборов в этом интервале длин волн представляет особый интерес. Зависимость монохромати­ческой чувствительности от длины волны излучения представляет собой спектральную характеристику ФП. Знание спектральной харак­теристики важно не только для оценки работы ФП с когерентными источниками, но также и с некогерентными источниками (светодиоды, лампы накаливания), спектральный состав излучения которых известен. Выражение для спектральной характеристики реального ФП можно записать в виде

гдеIф — фототок; Е — энергия при длине волны R — коэффициент отражения от поверхности ФП; Q — коэффициент собирания; β — квантовый выход; N —число фотонов, приходящихся на единицу световой энергии. Полагая β=1, можно получить:

Спектральная характеристика идеального ФП представляет со­бой треугольник (рис. 8, кривая), внутрь которого вписываются все экспериментальные кривые. Вид спектральной характери­стики реального ФП определя­ется в основном зависимостью коэффициента собирания ФП от длины волны. Kоэффициент собирания опре­деляется структурой ФП, а так­же такими параметрами полу­проводникового материала, как диффузионные длины неоснов­ных носителей, коэффициент поглощения света, ширина за­прещенной зоны,1 полупроводни­ка. Используя для изготовле­ния ФП полупроводниковые материалы с различной шири­ной запрещенной зоны, можно изменять область длин волн, в которой работает ФП

Для широкозонных полупроводников (с большой шириной за­прещенной зоны), например GaAs, спектральная характеристика сме­щается в сторону более коротких длин волн, так как для создания электронно-дырочных пар, а следовательно, фототока необходимы фотоны света с большей энергией (коротковолновое излучение). Для полупроводников с малой шириной запрещенной зоны, например Ge, спектральная характеристика сдвинута в длинноволновую область и λ_max⁼ 1,55 мкм (рис. 8, кривая 2). В указанных полу­проводниках электронно-дырочные пары могут возникать под дей­ствием фотонов с меньшей энергией (длинноволновое излучение).

Большое влияние на вид спектральной характеристики и поло­жение максимума оказывает зависимость коэффициента поглощения света от длины волны. Для полупроводников с резкой зависимостью коэффициента поглощения от длины волны, например Ge, максимум спектральной характеристики для различных типов приборов имеет место, как правило, при одной и той же длине волны света неза­висимо от технологии. Для полупроводников с менее резкой зави­симостью коэффициента поглощения, например Si, максимум спект­ральной характеристики в зависимости от конструкции ФП и ис­пользуемой технологии может изменяться в широком диапазоне от коротких длин волн (примерно 0,6 мкм) вплоть до края собствен­ного поглощения (примерно 1,1 мкм).

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОПРИЕМНИКОВ

Изменение спектральных характеристик ФП от температуры, в основном, обусловлено температурной зависимостью коэффициен­та собирания. Последняя в свою очередь определяется температур­ными изменениями коэффициента поглощения света, ширины запре­щенной зоны полупроводника, диффузионной длины неосновных но­сителей. а для некоторых типов ФП— изменениями ширины области объемного заряда и режимом работы прибора. С увеличением тем­пературы ширина запрещенной зоны полупроводника уменьшается и условия образования электронно-дырочных пар фотонами с мень­шей энергией облегчаются, т. е. край собственного поглощения по­

лупроводника смещается в длинноволновую область спектра. С пони­жением температуры ширина запрещенной зоны увеличивается, для ее преодоления и создании пар электрон — дырка требуются фотоны с большей энергией, а следовательно, край собственного поглощения полупроводника смещается « коротковолновую область. В связи с -этим спектральная характеристика ФП с понижением температу­ры смещается в сторону коротких длин ноли, с повышением тем­пературы — в длинноволновую область.