realizarea fizică a dispozitivelor...
TRANSCRIPT
![Page 1: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/1.jpg)
Curs 11
2011/2012
![Page 2: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/2.jpg)
Capitolul 10
![Page 3: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/3.jpg)
Cerinte◦ eficienta crescuta a conversiei optic/electric◦ zgomot redus◦ raspuns uniform la diferite lungimi de unda◦ viteza de raspuns ridicata◦ liniaritate
Principii de operare◦ fotoconductori◦ fototranzistori◦ fotodiode pn
pin
pin cu multiplicare in avalansa
Schottky
oPRR
oBB PII
oPII
![Page 4: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/4.jpg)
Principiu
Recent dispozitive Metal Semiconductor Metal (filtru interdigital) au inceput sa fie utilizatepentru usurinta de fabricare si integrare in aplicatii mai putin pretentioase
![Page 5: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/5.jpg)
Jonctiunea pn estepolarizata invers
Lumina este absorbitain regiunea golita de purtatori, un fotonabsorbit generand o pereche electron-gol
Sarcinile sunt separate de campul electric existent in regiunea golita si genereazaun curent in circuitul exterior
![Page 6: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/6.jpg)
Energia necesara pentru eliberarea uneiperechi electron gol
Lungime de unda de taiere
Puterea optica absorbita in zona golita de purtatori (w) aflata la o adincime d in interiorul dispozitivului
gEhc
h
gE
hcmax
fwd
i ReePwP 11
![Page 7: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/7.jpg)
Coeficientul de absorbtie pentru materialeleuzuale
Valoarea mare a coeficientului de absorbtiela lungimi de unda reduseimplica scaderearesponzivitatii
Comportarea tuturormaterialelor este de tip trece banda
![Page 8: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/8.jpg)
Eficienta cuantica - raportul dintre numărul de perechi electron-gol generate şi numărul de fotoni incidenţi
In unitatea de timp numarul de fotonidepinde de puterea optica, iar numarul de electroni impune curentul generat
Responzivitatea
f
e
n
n
hP
eI
hc
e
P
IR
o
W
AmR 8.0
![Page 9: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/9.jpg)
![Page 10: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/10.jpg)
Dezavantajul major pentruGe este curentul de intuneric mare
Material Eg (eV )
GaAs 1.43
GaSb 0.73
GaAso.88Sbo.12 1.15
Ge 0.67
InAs 0.35
InP 1.35
Ino.53Gao.47As 0.75
Ino.14Gao.86 As 1.15
Si 1.14
Material λ [μm] Responsivitate [A/W] Viteza [ns] Curent de intuneric
Si 0.85 0.55 3 1
Si 0.65 0.4 3 1
InGaAs 1.3-1.6 0.95 0.2 3
Ge 1.55 0.9 3 66
![Page 11: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/11.jpg)
Curentul invers al jonctiunii p-n, datoratagitatiei termice, prezent in absentailuminarii
Constituie o importanta sursa de zgomot(limiteaza aplicatiile Ge)
◦ β – coeficient de idealitate
◦ R0 – rezistenta la intuneric a diodei (inversproportionala cu aria diodei)
0eR
kTII SD
21
![Page 12: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/12.jpg)
Existenta campului electric in regiuneagolita de purtatori face ca eventualiipurtatori generati optic sa fie acceleratispre terminale pentru constituiureafotocurentului
Problemele utilizarii diodei pnpolarizate invers ca fotodetector suntgenerate de adancimea extrem de mica a zonei golite (w)
Puterea optica absorbita in interiorul acestei zone e in consecinta redusa
Puratorii generati inafara zonei de golire ajung eventual in zona golita si vor fi accelerati spre terminale, darviteza fenomenului este prea redusa pentru aplicatii in comunicatii
![Page 13: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/13.jpg)
Solutia consta in introducerea unui stratfoarte slab dopat (intrinsec) intre cele douazone ale diodei
◦ creste volumul de absorbtie deci crestesensibilitatea fotodiodei
◦ capacitatea jonctiuniiscade ducand la crestereavitezei
◦ este favorizat curentul de conductie (mai rapid) fatade cel de difuzie
![Page 14: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/14.jpg)
tipic, adancimea stratului intrinsec este de 20-50μm
cresterea suplimentara a adancimii ar duce la creterea timpului de tranzit◦ w=20μm -> Ttr 0.2ns
![Page 15: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/15.jpg)
se bazeaza pe jonctiunea metal semiconductor
vitezele de lucru sunt mult mai mari, metalulfiind un bun conductor realizeaza evacuareamult mai rapida a purtatorilor din jonctiune
permite utilizarea unor materiale cu eficientamai mare dar care nu pot fi dopate simultan p si n pentru utilizare in PIN
modulatie cu 100GHzposibila
![Page 16: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/16.jpg)
se utilizeaza tipic◦ InGaAsP pe substrat InP
◦ GaAlAsSb pe substrat GaSb
![Page 17: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/17.jpg)
![Page 18: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/18.jpg)
daca viteza purtatorilor este suficient de mare genereaza noi perechi electron/gol prinionizare de impact
amplificarea are loc in acelasi timp cu detectia
![Page 19: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/19.jpg)
campuri electrice de ordinul minim: 3x105
V/m, tipic: 106 V/m sunt necesare
aceste campuri sunt generate de tensiuniinverse de polarizare de ordinul 50-300V
structura este modificata pentru concentrareacampului in zona de accelerare
![Page 20: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/20.jpg)
![Page 21: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/21.jpg)
factorul de multiplicare caracterizeazaamplificarea fotocurentului generat
Responzivitatea
I
IM M
Mhc
e
P
IR
o
![Page 22: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/22.jpg)
tensiuni inverse de polarizare mari cresccomplexitatea circuitului
diodele cu multiplicare in avalansa suntintrinsec mai zgomotoase (curentul de zgomot este amplificat de asemenea)
factorul de multiplicitate are o componentaaleatorie (zgomot suplimentar)
viteza mai redusa (timp de generare al avalansei)
![Page 23: Realizarea fizică a dispozitivelor optoeletronicerf-opto.etti.tuiasi.ro/docs/files/Curs_11_2011_2012.pdf · Jonctiunea pn este polarizata invers Lumina este absorbita in regiunea](https://reader030.vdocuments.mx/reader030/viewer/2022040314/5e104925e40c7f5ee26a59d1/html5/thumbnails/23.jpg)