Маркировка фотодиодов: принцип работы, виды, основные характеристики, схемы

Фотодиод — chipenable.ru

Фотодиод — это полупроводниковый диод, у которого ток зависит от освещенности. Обычно под этим током подразумевают обратный ток фотодиода, потому что его зависимость от освещенности выражена на порядки сильнее, чем прямого тока. В дальнейшем мы будем говорить именно про обратный ток.

В общем случае фотодиод представляет собой p-n переход, открытый для светового излучения. Под воздействием света в области p-n перехода генерируются носители заряда (электроны и дырки), которые проходят через него и вызывают напряжение на выводах фотодиода или протекание тока в замкнутой цепи.

Фотодиод, в зависимости от его материала, предназначен для регистрации светового потока в инфракрасном, оптическом и ультрафиолетовом диапазоне длин волн. Фотодиоды изготавливают из кремния, германия, арсенида галлия, арсенида галлия индия и других материалов.

Фотодиоды широко используются в системах управления, метрологии, робототехнике и других областях. Также они используются в составе других компонентов, например, оптопар, оптореле.

 Применительно к микроконтроллерам, фотодиоды находят применение в качестве различных датчиков — концевых датчиков, датчиков освещенности, расстояния, пульса и т.д.

На электрических схемах фотодиод обозначается как диод, с двумя направленными к нему стрелочками. Стрелки символизируют падающее на фотодиод излучение. Не путайте с обозначением светодиода, у которого стрелки направлены от него.

Буквенное обозначение фотодиода может быть VD или BL (фотоэлемент).

Фотодиод работает в двух режимах: фотодиодном и фотогальваническом (фотовольтаическом, генераторном).

В фотодиодном режиме используется источник питания, который смещает фотодиод в обратном направлении. В этом случае через фотодиод течет обратный ток, пропорциональный падающему на него световому потоку. В рабочем диапазоне напряжений (то есть до наступления пробоя), этот ток практически не зависит от приложенного обратного напряжения.

В фотогальваническом режиме фотодиод работает без внешнего источника питания. В этом режиме он может работать в качестве датчики или в качестве элемента питания (солнечной батареи), так как под воздействием света на выводах фотодиода появляется напряжение, зависящее от потока излучения и нагрузки.

Чтобы получше разобраться с режимами работы фотодиода, нужно рассмотреть его вольтамперную характеристику.

График состоит из 4 областей, так называемых квадрантов. Фотодиодному режиму соответствует работа в 3-м квадранте. 

При отсутствии излучения график представляет собой обратную ветвь вольтамперной характеристики обычного полупроводникового диода. Присутствует небольшой обратный ток, который называется тепловым (темновым) током обратно смещенного p-n перехода.

При наличии светового потока, сопротивление фотодиода уменьшается и обратный ток фотодиода возрастает. Чем больше света падает, тем больший обратный ток течет через фотодиод. Зависимость обратного тока фотодиода от светового потока в этом режиме линейная.

Из графика видно, что обратный ток фотодиода слабо зависит от обратного напряжения. Посмотрите на наклон графика от нулевого напряжения до напряжения пробоя, он маленький.

Фотогальваническому режиму соответствует работа фотодиода в 4-м квадранте. И здесь можно выделить два предельных случая:

— холостой ход (хх),
— короткое замыкание (кз).

Режим близкий к холостому ходу используется для получения энергии от фотодиода. То есть для применения фотодиода в качестве солнечной батареи. Конечно, от одного фотодиода будет мало проку, да и КПД у него невысокий. Но если соединить много элементов, то такой батареей можно запитать какое-нибудь мало-потребляющее устройство.

В режиме короткого замыкания, напряжение на фотодиоде близкое к нулю, а обратный ток прямо пропорционален световому потоку. Этот режим используется для построения фотодатчиков.

В чем преимущество и недостатки фотодиодного и фотогальванического режимов работы? Фотодиодный режим обеспечивает большее быстродействие фотодиода, но в этом режиме всегда есть темновой ток. В фотогальваническом режиме темнового тока нет, но быстродействие датчиков будет ниже.

Продолжение следует.

Фотодиоды. Виды и устройство. Работа и характеристики

Особое место в электротехнике занимают фотодиоды, которые применяются в различных устройствах и приборах. Фотодиодом называется полупроводниковый элемент, по своим свойствам подобный простому диоду. Его обратный ток прямо зависит от интенсивности светового потока, падающего на него. Чаще всего в качестве фотодиода применяют полупроводниковые элементы с р-n переходом.

Устройство и принцип действия

Фотодиод входит в состав многих электронных устройств. Поэтому он и приобрел широкую популярность. Обычный светодиод – это диод с р-n переходом, проводимость которого зависит от падающего на него света. В темноте фотодиод обладает характеристиками обычного диода.

1 – полупроводниковый переход.
2 – положительный полюс.
3 – светочувствительный слой.
4 – отрицательный полюс.

При действии потока света на плоскость перехода фотоны поглощаются с энергией, превышающей предельную величину, поэтому в n-области образуются пары носителей заряда — фотоносители.

При смешивании фотоносителей в глубине области «n» основная часть носителей не успевает рекомбинировать и проходит до границы р-n. На переходе фотоносители делятся электрическим полем. При этом дырки переходят в область «р», а электроны не способны пройти переход, поэтому накапливаются возле границы перехода р-n, а также области «n».

Обратный ток диода при воздействии света повышается. Значение, на которое повышается обратный ток, называют фототоком.

Фотоносители в виде дырок осуществляют положительный заряд области «р», по отношению к области «n». В свою очередь электроны производят отрицательный заряд «n» области относительно «р» области. Возникшая разность потенциалов называется фотоэлектродвижущей силой, и обозначается «Е_ф». Электрический ток, возникающий в фотодиоде, является обратным, и направлен от катода к аноду. При этом его величина зависит от величины освещенности.

Режимы работы

Фотодиоды способны функционировать в следующих режимах:

• Режим фотогенератора. Без подключения источника электричества.
• Режим фотопреобразователя. С подключением внешнего источника питания.

В работе фотогенератора фотодиоды используются вместо источника питания, которые преобразуют солнечный свет в электрическую энергию. Такие фотогенераторы называются солнечными элементами. Они являются основными частями солнечных батарей, применяемых в различных устройствах, в том числе и на космических кораблях.

КПД солнечных батарей на основе кремния составляет 20%, у пленочных элементов этот параметр значительно больше. Важным свойством солнечных батарей является зависимость мощности выхода к весу и площади чувствительного слоя. Эти свойства достигают величин 200 Вт / кг и 1 кВт/м².

При функционировании фотодиода в качестве фотопреобразователя, источник напряжения подключается в схему обратной полярностью. При этом применяются обратные графики вольт-амперной характеристики при разных освещенностях.

Напряжение и ток на нагрузке R_н определяются на графике по пересечениям характеристики фотодиода и нагрузочной линии, которая соответствует резистору R_н. В темноте фотодиод по своему действию равнозначен обычному диоду. Ток в режиме темноты для кремниевых диодов колеблется от 1 до 3 микроампер, для германиевых от 10 до 30 микроампер.

Виды фотодиодов

Существует несколько различных видов фотодиодов, которые имеют свои достоинства.

p – i – n фотодиод

В области р-n у этого диода имеется участок с большим сопротивлением и собственной проводимостью. При воздействии на него света возникают пары дырок и электронов. Электрическое поле в этой зоне имеет постоянное значение, пространственный заряд отсутствует.

Этот вспомогательный слой значительно снижает емкость запирающего слоя, и не зависит от напряжения. Это расширяет полосу рабочих частот диодов. В результате скорость резко повышается, и частота достигает 10¹⁰ герц. Повышенное сопротивление этого слоя значительно уменьшает ток работы при отсутствии освещения. Чтобы световой поток смог проникнуть через р-слой, он не должен быть толстым.

 

Лавинные фотодиоды

Такой вид диодов является полупроводниками с высокой чувствительностью, которые преобразуют освещение в сигнал электрического тока с помощью фотоэффекта. Другими словами, это фотоприемники, усиливающие сигнал вследствие эффекта лавинного умножения.

1 — омические контакты 2 — антиотражающее покрытие

Лавинные фотодиоды более чувствительны, в отличие от других фотоприемников. Это дает возможность применять их для незначительных мощностей света.

В конструкции лавинных фотодиодов применяются сверхрешетки. Их суть заключается в том, что значительные различия ударной ионизации носителей приводят к падению шумов.

Другим достоинством применения аналогичных структур является локализация лавинного размножения. Это также снижает помехи. В сверхрешетке толщина слоев составляет от 100 до 500 ангстрем.

Принцип действия

При обратном напряжении, близком к величине лавинного пробоя, фототок резко усиливается за счет ударной ионизации носителей заряда. Действие заключается в том, что энергия электрона повышается от внешнего поля и может превзойти границу ионизации вещества, вследствие чего встреча этого электрона с электроном из зоны валентности приведет к появлению новой пары электрона и дырки. Носители заряда этой пары будут ускоряться полем и могут способствовать образованию новых носителей заряда.

Характеристики

Свойства таких световых диодов можно описать некоторыми зависимостями.

Вольт-амперная

Эта характеристика является зависимостью силы тока при постоянном потоке света от напряжения.

I — ток M — коэффициент умножения U — напряжение

Световая

Это свойство является зависимостью тока диода от освещения. При возрастании потока света, фототок повышается.

Спектральная

Это свойство является зависимостью тока диода от длины световой волны, и является шириной пограничной зоны.

Постоянная времени

Это время, за которое фототок диода меняется после подачи света в сравнении с установившимся значением.

Темновое сопротивление

Это значение сопротивления диода в темноте.

Инерционность

Факторы, влияющие на эту характеристику:

• Время диффузии неравновесных носителей заряда.
• Время прохождения по р-n переходу.
• Период перезарядки емкости барьера р-n перехода.

Сфера применения

Фотодиоды являются основными элементами многих оптоэлектронных приборов.

Интегральные микросхемы (оптоэлектронные)

Фотодиод может иметь значительную скорость работы, но коэффициент усиления тока составляет не более единицы. Вследствие оптической связи микросхемы имеют существенные преимущества: идеальная гальваническая развязка цепей управления от мощных силовых цепей. При этом между ними сохраняется функциональная связь.

Фотоприемники с несколькими элементами

Эти устройства в виде фотодиодной матрицы, сканистора, являются новыми прогрессивными электронными устройствами. Их оптоэлектронный глаз с фотодиодом может создавать реакцию на пространственные и яркостные свойства объектов. Другими словами, он может видеть полный его зрительный образ.

Количество ячеек, чувствительных к свету, очень большое. Поэтому, кроме вопросов быстродействия и чувствительности, необходимо считывание информации. Все фотоприемники с множественными фотоэлементами являются сканирующими системами, то есть, приборами, которые позволяют анализировать исследуемое пространство последовательным поэлементным просмотром.

Фотодиоды также нашли широкое применение в оптоволоконных линиях, лазерных дальномерах. Недавно такие световые диоды стали использоваться в эмиссионно-позитронной томографии.

В настоящее время имеются образцы светочувствительных матриц, состоящих из лавинных фотодиодов. Их эффективность и область применения зависит он некоторых факторов.

Наиболее влияющими оказались такие факторы:

• Суммарный ток утечек, образующийся путем сложения шумов и тока при отсутствии света.
• Квантовая эффективность, определяющая долю падающих квантов, приводящих к возникновению тока и носителей заряда.

Похожие темы:

Тематические статьи по фотонике

Детекторы от компании Thorlabs Фотодиоды Принцип работы Фотодиод – быстродействующее линейное устройство, которое обладает высокой квантовой эффективностью, и генерирует фототок, когда свет поглощается в обедненной области полупроводникового перехода. На рис. 1 представлена эквивалентная схема, отражающая принцип работы фотодиода. Рис.1 Эквивалентная схема фотодиода Уровень выходного тока фотодиода определяется по формуле:  Основные понятия Чувствительность фотодиода определяется как отношение генерируемого фототока (IPD) к мощности (P) падающего излучения на заданной длине волны. Режимы работы (Фотодиодный и Фотогальванический) Фотодиоды могут работать в двух режимах: фотогальваническом (без внещнего источника эдс) и фотодиодном (с подачей на p- n- переход обратного смещения от внешнего источника эдс). Выбор режима работы зависит от требований к быстродействию и допустимого значения темнового тока (ток обратно смещенного p-n перехода) Фотодиодный режим В фотодиодном режиме используется источник питания, который смещает фотодиод в обратном направлении (фотодетекторы DET серии от компании Thorlabs). При этом через фотодиод течет обратный ток, пропорциональный падающей мощности излучения. Приложение напряжения обратного смещения расширяет обедненный слой, что приводит к уменьшению емкости перехода и обеспечивает линейность отклика. Работа в фотодиодном режиме характеризуется большими значениями темнового тока. Его величина зависит от материала полупроводника. Фотогальванический режим В фотогальваническом режиме фотодиод работает без внешнего источника питания (напряжение обратного смещения отсутствует). Принцип действия фотодиода в этом режиме основан на фотогальваническом эффекте. В таком режиме он может работать в качестве датчика или в качестве элемента питания (солнечной батареи). В фотогальваническом режиме темнового тока принимает минимальные значения. Темновой ток Темновой ток – это ток утечки, который растет при увеличении напряжения обратного смещения. При работе в фотодиодном режиме наблюдаются более высокие значения темнового тока, которые зависят от температуры окружающей среды. При увеличении температуры на 10 °C величина темнового тока увеличивается примерно в 2 раза, а шунтирующее сопротивление удваивается при увеличении температуры на 6 °C. Чем выше напряжение смещения, тем меньше емкость перехода, но тем больше величина темнового тока. Темновой ток также зависит от материала полупроводника и размера активной области. Например, у кремниевых фотодиодов значения темнового тока значительно ниже, чем у германиевых. В таблице ниже представлены различные полупроводниковые материалы и их относительные значения темнового тока, чувствительности, быстродействия и стоимости. Материал Темновой ток Быстродействие Спектральный диапазон Стоимость Кремний (Si) Низкий Высокое Видимый – Ближний ИК Низкая Германий (Ge) Высокий Низкое Ближний ИК Низкая Фосфид галлия (GaP) Низкий Высокое УФ — Видимый Средняя Арсенид галлия-индия (InGaAs) Низкий Высокое Ближний ИК Средняя Антимонид арсенида индия (InAsSb) Высокий Низкое Ближний – Средний ИК Высокая Кадмий-ртуть-теллур (MCT, HgCdTe) Высокий Низкое Ближний – Средний ИК Высокая Емкость перехода Емкость перехода (Cj) является важной характеристикой фотодиода и имеет большое влияние на быстродействие и ширину полосы пропускания фотоприемника. Следует отметить, что емкость p-n перехода зависит от его площади и ширины (она тем больше, чем больше площадь перехода). Приложение напряжения обратного смещения приводит к увеличению ширины обедненного слоя, и таким образом к уменьшению емкости и росту быстродействия. Ширина полосы пропускания и отклик Нагрузочное сопротивление (RLOAD) и емкость перехода влияют на частотную характеристику фотодетектора. Ширину полосы пропускания (fBW) и время нарастания (tr) можно оценить по формулам: Эквивалентная мощность шума (NEP) Эквивалентная мощность шума (NEP) это среднеквадратическое значение генерируемого напряжения, когда отношение сигнал/шум равно единице. Данная величина характеризует способность детектора регистрировать слабые световые сигналы. Эквивалентная мощность шума возрастает при увеличении площади активной области и определяется по формуле: , где S/N – отношение сигнал/шум, Δf — ширина шумовой полосы частот, Incident Energy – энергия светового потока (единицы измерения Вт/см2). Согласованное нагрузочное сопротивление Нагрузочное сопротивление используется для преобразования генерируемого фототока в напряжение (VOUT): В зависимости от типа фотодиода сопротивление нагрузки может повлиять на скорость отклика. Для обеспечения оптимальной ширины полосы пропускания компания Thorlabs рекомендует использовать коаксиальный кабель (50 Ом) с терминатором на 50 Ом. Это минимизирует паразитные затухающие колебания благодаря согласованной нагрузке. Если ширина полосы пропускания не важна, то выходное напряжение можно увеличить путем увеличения нагрузки (RLOAD). При несогласованной нагрузке длина коаксиального кабеля может иметь большое влияние на отклик фотодетектора, поэтому рекомендуется использовать короткий кабель. Шунтирующее сопротивление Шунтирующее сопротивление – это сопротивление несмещенного перехода. Идеальный фотодиод будет иметь бесконечное шунтирующее сопротивление, но реальные приборы имеют сопротивление порядка 10 Ом – 1000 МОм, значение которого зависит от материала фотодиода. Например, InGaAs детекторы обладают шунтирующим сопротивлением порядка 10 МОм, тогда как сопротивление Ge детектора составляет несколько кОм. Это может существенно повлиять на уровень шума, но для большинства приложений высокое сопротивление оказывает незначительное влияние и им можно пренебречь. Последовательное сопротивление Последовательное сопротивление определяется сопротивлением полупроводникового материала. Оно пренебрежимо мало, и его влиянием в большинстве случаев можно пренебречь. Последовательное сопротивление возникает благодаря контактам и проводным соединениям фотодиода. В основном оно используется для определения линейности фотодиода при нулевом смещении. Стандартные схемы детекторов Рис.2 Схема детекторов с обратно смещенным диодом (детекторы DET серии) На рис.2 представлена схема, отражающая принцип работы детекторов DET серии с обратно смещенным фотодиодом. Величина генерируемого фототока зависит от светового потока и длины волны излучения. При подключении нагрузочного сопротивления данную величину можно наблюдать с помощью осциллографа. Функция RC-фильтра заключается в подавлении высокочастотного шума источника питания. Рис.3 Схема детектора с усилителем При использовании схемы фотоприемников с усилителем пользователь может выбирать режим работы фотодиода (фотогальванический или фотодиодный). Каждый режим обладает своими преимуществами: — Фотогальванический режим: в фотогальваническом режиме к диоду не прикладывается напряжение, и потенциал на входе A операционного усилителя равен потенциалу в точке B. При работе в таком режиме темновой ток пренебрежимо мал. — Фотодиодный режим: в фотодиодном режиме к p-n переходу приложено напряжение обратного смещения, что уменьшает емкость перехода и увеличивает полосу пропускания. Усиление зависит от резистора обратной связи (Rf). Ширина полосы пропускания детектора определяется по формуле: , где GBP – это произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания ОУ, CD – сумма емкости перехода и усилителя. Частота модуляции Спектральная плотность шума большинства детекторов, включая PbS, PbSe, HgCdTe (MCT) и InAsSb, имеет зависимость вида 1/f (шум уменьшается при увеличении частоты), что оказывает значительное влияние на постоянную времени в области низких частот. Таким образом, частота модуляции (скорость изменения интенсивности) излучения оказывает влияние на чувствительность прибора. Оптимальные значения характеристик фотоприемника достигаются при частоте:   Срок службы батареи При использовании фотодетектора, работающего от батареи, важно понимать, каков срок службы аккумулятора и как он влияет на работу детектора. Выходной ток детектора прямо пропорционален потоку падающего излучения. Большинство пользователей преобразуют этот ток в напряжение с помощью согласованной нагрузки. Величина сопротивления приблизительно равна коэффициенту усиления схемы. Для высокоскоростных детекторов, например, таких как DET08, необходимо использовать нагрузку с сопротивлением 50 Ом для согласованности с импедансом стандартных коаксиальных кабелей. Это позволит уменьшить обратные отражения и улучшить качество выходного сигнала. Срок службы батареи напрямую зависит от тока в детекторе. Большинство производителей батареек выражают срок службы батарейки в мА*ч (миллиампер-час). Например, если аккумулятор рассчитан на 190 мА*ч, он будет работать в течении 190 ч при потреблении тока 1.0 мА. Пусть источник, излучение которого падает на детектор, работает на длине волны 780 нм со средней мощностью 1мВт. Чувствительность детектора на данный длине волны 0.5 А/Вт. Фототок можно рассчитать по формуле: Таким образом срок службы батареи равен: или 16 дней непрерывной работы. При уменьшении средней мощности падающего излучения до 10 мкВт, срок службы той же батарейки увеличится до 4 лет непрерывной работы. При использовании рекомендуемой согласованной нагрузки в 50 Ом, фототок (0.5 мА) преобразуется в напряжение:Если величина мощности падающего излучения уменьшится до 40 мкВт, то выходное напряжение станет равно 1 мВт. Для некоторых измерительных устройств, данное значение может оказаться слишком маленьким, поэтому необходимо искать компромисс между сроком службы батареи и точностью проводимых измерений. При использовании детекторов на батарейках необходимо использовать излучение малой интенсивности, учитывая минимально необходимый уровень напряжения. Также важно помнить, что батарейка перестанет производить ток не сразу, как только приблизится к концу срока своей службы. Сначала напряжение батарейки упадет, и электрический потенциал, прикладываемый к фотодиоду уменьшится. А это в свою очередь приведет к увеличению времени отклика детектора и уменьшению ширины полосы пропускания. Таким образом, важно убедиться, что батарейка обеспечивает достаточное напряжение для оптимальной работы детектора. Для задач, в которых детекторы DET серии, облучаются непрерывно источником достаточно высокой мощности, или постоянная замена батарей является неприемлемой, компания Thorlabs предлагает адаптер DET1B и источник питания. Недостатком этого варианта является шум, который добавится к выходному сигналу и может увеличить погрешность измерений. PbS и PbSe детекторы Детекторы на основе сульфида свинца (PbS) и селенида свинца (PbSe) широко используются для регистрации излучения в диапазоне от 1000 до 4800 нм. Тогда как фотодиод генерируют ток под воздействием света, у фоторезистора при облучении изменяется величина сопротивления. Хотя PbS и PbSe детекторы можно использовать при комнатной температуре, температурные флуктуации будут оказывать воздействие на темновое сопротивление, чувствительность и быстродействие прибора. Принцип работы При поглощении света в фотопроводящем материале возникают избыточные носители заряда, приводящие к увеличению проводимости и уменьшению сопротивления. Изменение сопротивления приведет изменению величина измеряемого напряжения. На рис. представлена схема, отражающая принцип работы детекторов на основе фотопроводящих материалов. Следует отметить, что представленная схема не рекомендуется для применения на практике из-за присутствия низкочастотных шумов. Механизм детектирования основан на проводимости тонкой пленки светочувствительного элемента. Сигнал на выходе детектора при отсутствии падающего излучения определяется уравнением: Изменение напряжения на выходе ΔVOUT происходит из-за изменения сопротивления ΔRDark, когда свет попадает на активную область датчика: Частотная характеристика Для детекторов зависимость чувствительности от частоты модуляции света имеет вид: , где fc – частота модуляции, R0 – чувствительность при частоте 0 Гц, τr– время нарастания. Воздействие температуры Светочувствительный элемент PbS и PbSe детекторов представляет собой тонкую пленку на стеклянной подложке. Форма и активная область фотопроводящего элемента меняются в зависимости от условий эксплуатации, таким образом изменяя и другие характеристики. В частности, чувствительность детектора будет изменяться в зависимости от рабочей температуры. Охлаждение детектора сместит спектральный диапазон чувствительности в область более длинных волн. Для получения оптимальных результатов рекомендуется использовать представленные детекторы в условиях контроля параметров окружающей среды. Схема детектора на основе фотопроводящего материала с усилителем Из-за шумовых характеристик предпочтительнее включение фоторезистора в цепь переменного тока. При включении фоторезистора в цепь постоянного тока шум, обусловленный приложенным напряжением, будет увеличиваться с ростом напряжения, таким образом, ограничивая чувствительность детектора. Для поддержания стабильности характеристик и получения высоких значений коэффициента усиления сигнала необходимо использовать предусилитель. Согласно схеме (рис. выше), операционный усилитель (ОУ) стремится сравнять потенциалы в точках A и B с помощью контура обратной связи. Разница напряжений на входе ОУ усиливается и передается на выход. Следует отметить, что высокочастотный фильтр на входе усилителя не пропускает сигнал постоянного тока. Кроме того, нагрузочное сопротивление должно быть равно темновому сопротивлению детектора, чтобы обеспечить получение максимального сигнала. Величина напряжения источника питания (+V) должна быть такой, чтобы величина отношения сигнал/шум была оптимальной и приближалась к единице. Некоторые задачи требуют более высокого уровня напряжения, что приведет к увеличению уровня шума. Напряжение на выходе определяется по формуле: Отношение сигнал/шум Поскольку уровень шума детектора обратно пропорционален частоте модуляции сигнала, шум будет возрастать на малых частотах. Сигнал на выходе детектора линейно увеличивается при увеличении напряжения смещения, однако шумовые характеристики мало зависят от напряжения смещения при его низком уровне. При достижении определенного уровня напряжения смещения, шум детектора начнет линейно увеличиваться с ростом напряжения. При высоких значениях напряжения шум начнет расти экспоненциально, уменьшая отношение сигнал шум. Для обеспечения оптимального уровня сигнал/шум необходимо регулировать частоту модуляции сигнала и напряжение смещения. Темновое сопротивление Темновое сопротивление – это сопротивление детектора при отсутствии освещения. Следует отметить, что темновое сопротивление будет увеличиваться или уменьшается при изменении температуры. Охлаждение детектора будет снижать величину темнового сопротивления. Обнаружительная способность (D) и удельная обнаружительная способность (D*) Обнаружительная способность (D) — это еще одна величина, используемая для оценки эффективности фотоприемника. Обнаружительная способность характеризует чувствительность и обратно пропорциональна эквивалентной мощности шума (NEP): Чем выше значение обнаружительной способности, тем выше чувствительность, то есть детектор способен регистрировать слабые сигналы. Обнаружительная способность зависит от длины волны падающих фотонов. NEP детектора, а следовательно и его обнаружительная способность зависят от активной области, поэтому сравнение свойств двух детекторов является непростой задачей. Чтобы избавится от этой зависимости, используют удельную обнаружительную способность (D*), которая не зависит от площади детектора и используется для оценки эффективности фотоприемника. В уравнении ниже, А – площадь фоточувствительной области.  Позиционно-чувствительные детекторы Двумерные позиционно-чувствительные датчики Обзор Двумерные позиционно-чувствительные датчики позволяют измерить положение, расстояние перемещения или углы падения пучка, а также они могут использоваться в качестве обратной связи в системах юстирования, например, для контроля положения зеркал, фокусировки микроскопа, и т. д. Детектор определяет положение светового пятна на основе пропорционального распределения фототока, который генерируется в месте падения светового луча. Существует два типа двумерных позиционно-чувствительных датчиков: с двухсторонним расположением электродов и с четырехсторонним расположением электродов. Датчики с двухсторонним расположением электродов обладают резистивными слоями, нанесенными с обеих сторон подложки. Датчик имеет четыре вывода. Фототок распределяется на две входных и две выходных компоненты. Распределение выходных токов определяет положение координаты Y, а распределение входных –координаты X положения пучка. Датчики с четырехсторонним расположением электродов обладают одним чувствительным резистивным слоем, расположенным с одной стороны подложки. Такие датчики значительно дешевле датчиков с двухсторонним расположением электродов. Однако линейность отклика этих датчиков падает по мере удаления пучка от центра. Это связано с расположением анодов по периметру сенсора, особенно нелинейность заметна в углах датчика, где аноды приближаются друг к другу. Компания Thorlabs использует один из вариантов датчиков с четырехсторонним расположением электродов – датчик в форме «подушечки». Модель такого датчика представлена на рисунке сверху. Аноды перемещаются в углы датчика, фигурная форма электродов обеспечивает компенсацию искажений сигнала вблизи периметра. Такая модель обладает линейностью на уровне датчиков с двухсторонним расположением электродов, но значительно меньшей стоимостью. Принцип вычисления положения луча PDP90A детектор от компании Thorlabs оснащен схемой для вычисления Δx, Δy и суммы сигналов по формулам: Согласно этим формулам расстояние в единицах измерения длины можно вычислить с помощью уравнений: где x и y – это расстояния от центра до края сенсора, Lx и Ly – характерные размеры резистивного слоя. Для PDP90A детектора Lx = Ly = 10 мм. Следует отметить, что размеры резистивного слоя не соответствуют размерам активной области датчика. Активная область обозначена на рисунке серым цветом. Погрешность определения положения В отличие от квадрантных датчиков, где требуется перекрытие всех четырех активных областей, представленные датчики позволяют получить информацию о нахождении пучка в любой точке детектора не зависимо от формы, размера и распределения мощности в пучке. Датчик определяет положение центра пятна света до тех пор, пока пятно находится на светочувствительной области. Если часть светового пятна покидает светочувствительную поверхность, это приведет к сдвигу центра, и измерения станут ненадежными. К ошибкам в измерении положения пучка также может привести уровень внешней освещенности. Для уменьшения погрешностей измерения лучше проводить в темноте. Использование фокусирующей оптики и диафрагм, также позволит снизить ошибки, связанные с внешней освещенностью. Разрешение Разрешение позиционно-чувствительного детектора – это минимальное детектируемое смещение светового пятна на поверхности сенсора датчика. Разрешение (ΔR) зависит как от размеров резистивного слоя (Lx или Ly), так и от отношения сигнал/шум (S/N). Отношение сигнал/шум этой системы можно определить как отношение суммы выходных сигналов (Vo) к напряжению шума (en). Шум на выходе детектора PDP90A составляет <2 мВ (двойная амплитуда сигнала) или 300 мкВ (среднеквадратичное значение).  , где ΔR – разрешение, Lx – характерный размер резистивного слоя, en – шумовое напряжение на выходе детектора, Vo – сумма выходных напряжений. Для детектора PDP90A: Для получения оптимальных результатов значение Voнеобходимо увеличить до 4 В, что обеспечит разрешение детектора на уровне 0. 750 мкм. Для этого необходимо следить за суммарным выходным сигналом (SUM) сенсора и одновременно регулировать интенсивность падающего излучения, пока напряжение на выходе не станет равно 4 В. Напряжение более 4 В приведет к насыщению системы и, следовательно, к ошибкам в измерениях. С помощью поставляемого программного обеспечения можно легко осуществлять контроль уровня напряжения. Если суммарное напряжение выше уровня насыщения, то ползунок, отображающий уровень суммарного напряжения, станет красным. В этом случае необходимо уменьшить интенсивность излучения до уровня, при котором цвет ползунка станет зеленым. Данное значение будет соответствовать 4 В выходного напряжения. Позиционно-чувствительный детектор на основе квадрантных фотодиодов Сенсор такого детектора состоит из четырех идентичных квадрантных фотодиода, которые разделены зазором ~0.1 мм и вместе образуют круглую зону детектирования для определения положения падающего пучка (в формате 2D). При попадании света на сенсор фототок генерируется в каждой области (на рис. Q1, Q2, Q3 и Q4). На основе этих сигналов с помощью АЦП вычисляются разностные сигналы. Также вычисляется сумма всех четырех сигналов для нормировки. Нормированные координаты (Х, У) положения пучка определяются с помощью уравнений: Если симметричный пучок падает в центр сенсора, то система на выходе зарегистрирует 4 одинаковых фототока, т.е. разностные сигналы будут равны 0, а нормированные координаты (X, Y) = (0, 0). Фототоки изменятся, если пучок сдвинуть относительно центра. В этом случае разностные токи не будут раны 0. Детекторы на основе квадрантных фотодиодов очень точные и отлично подходят для систем автоюстировки. Однако необходимо следить за формой и распределением интенсивности в пучке, т.к. данный вид детекторов чувствителен к этим параметрам. Для пучков, распределение мощности в которых не является Гауссовым, центр будет определяется на основе распределения мощности (не геометрический центр пучка). Для таких пучков предпочтительнее использовать детекторы, описанные в предыдущем пункте. Счетчики одиночных фотонов Лавинные фотодиоды в режиме Гейгера обладают способностью детектировать одиночные фотоны. Чувствительность на уровне одиночных фотонов может быть достигнута за счет увеличения напряжения смещения выше напряжения пробоя (т. А на рис.4). Лавинный фотодиод будет оставаться в метастабильном состоянии, пока не поглотиться фотон, который приведет к генерации лавины (т. B). Эта лавина гасится с помощью активной схемы гашения в фотодиоде (т. C), которая понижает напряжение смещения до значений ниже напряжения пробоя (VBR). Рис.4: Вольтамперная характеристика лавинного фотодиода в режиме Гейгера После этого высокое значение напряжения смещения может быть восстановлено. В течении описанного процесса, которое известно как мертвое время диода, лавинный фотодиод нечувствителен к любым падающим фотонам. Когда диод находится в метастабильном состоянии, возможно спонтанное формирование лавин. Если спонтанное формирование лавин происходит хаотично, то зарегистрированный сигнал называется темновым отсчетом. Если спонтанное формирование лавин по времени коррелирует с импульсами от падающих фотонов, то такой сигнал называется послеимпульсом. Чтобы избежать регистрации послеимпульсов при проведении измерений, можно ввести дополнительное мертвое время программными средствами (с помощью ПО), что приведет к игнорированию счетчиком всех импульсов, возникших в течении этого времени. Основные характеристики и понятия Режим Гейгера В этом режиме диод работает при напряжении смещения выше напряжения пробоя. Следовательно, одна электрон-дырочная пара (сгенерированная в результате поглощения фотона или тепловых флуктуаций) может вызвать лавинный процесс. Скорость темнового счета Это средний показатель зарегистрированных отсчетов при отсутствии падающего излучения, который определяет минимальную скорость счета, при которой зарегистрированный сигнал в основном вызван реальными фотонами. Регистрация ложных фотонов в основном связана с тепловыми флуктуациями и таким образом, ее можно избежать с помощью использования охлаждаемых детекторов Активное гашение происходит, когда дискриминатор регистрирует возникновение лавинного тока и резко уменьшает напряжение смещения до значений ниже напряжения пробоя. При подготовке к регистрации следующего фотона напряжение смещения снова увеличивается до значений выше напряжения пробоя. Мертвое время – это временной интервал, который необходим детектору для восстановления состояния, при котором он может регистрировать события без искажений. В течении этого времени он не видит падающих фотонов. Часть мертвого времени, связанная с активной схемой гашения, может быть определена как отношение пропущенных фотонов к падающим. Послеимпульсы Во время лавинного процесса некоторые заряды могут быть захвачены ловушками. При освобождении эти заряды могут привести к формированию лавины. Такие «ложные события» называют послеимпульсами (Afterpulses). Время жизни таких захваченных зарядов составляет порядка нескольких десятых микросекунды. Следовательно, возникновение послеимпульсов более вероятно непосредственно после импульса от реального фотона. Основные модели фотодетекторов от компании Thorlabs В таблице представлены модели фотодетекторов от компании Thorlabs. Модели, расположенные в одной и той же строке, оснащены одинаковыми светочувствительными элементами. Примечания: aКалиброванный фотодиод bКорпус TO-46 cКорпус TO-46 + разъем FC/PC ФЭУ Принцип работы С момента появления первых коммерческих ФЭУ в 1940 году, этот вид детекторов остается одним из самых популярных при проведении экспериментов, в которых требуется малое время отклика и высокая чувствительность. Сегодня ФЭУ незаменимы при проведении исследований в области аналитической химии, физики элементарных частиц, астрономии, атомной и молекулярной физики, а также в медицине и контроле производственных процессов. Фотоэлектронные умножители (ФЭУ) – это чувствительные детекторы с высоким коэффициентом усиления, выходной ток которых пропорционален падающему излучению. ФЭУ состоит из стеклянной вакуумной трубки, в которой расположены фотокатод (фотоэмиссионный материал), 8-14 динодов (вторичная эмиссия) и анод (коллектор вторичных электронов). Если фотон с достаточно высокой энергией (т.е. с энергией больше энергии связи электронов материала фотокатода) падает на фотокатод, то он поглощается и испускается электрон (фотоэффект). Поскольку на первом диноде потенциал выше, чем потенциал на катоде (между этими элементами создается разность потенциалов), то выпущенный электрон ускоряется в электрическом поле и направляется на систему динодов, где за счет вторичной (ударной) электронной эмиссии образуют нарастающую от динода к диноду электронную лавину, поступающую на анод. Как правило, каждый динод обладает потенциалом, который на 100 – 200 В выше, чем потенциал предыдущего динода. Ток анода преобразуют в напряжение, для этого нагрузку с малым сопротивлением включают в цепь между анодом и землей. ФЭУ PMM01 и PMM02 от компании Thorlabs используют трансимпедансный усилитель (TIA) для преобразования тока анода (нА или мкА) в напряжение (мВ или В). Модули PMTSS, PMTSS2, и PMTSS2-SCM не содержат трансимпедансного усилителя. Например, если ФЭУ состоит из 8 динодов, как показано на рис. ниже и каждый электрон приводит к появлению 4 вторичных электронов, то усиление тока после системы динодов будет составлять 48 ≈ 66,000. В приведенном примере, каждый фотоэлектрон приводит к появлению лавины с зарядом Q = 48e, которая приходит на анод. Импульс напряжения при этом равен V = Q/C = 48e /C, где C – емкость анода. Если емкость равна 5 пФ, то напряжение импульса на выходе будет равно 2.1 мВ. Спектральная чувствительность При выборе ФЭУ необходимо обратить внимание на материал фотокатода, т. к. он определяет длинноволновую границу спектральной чувствительности. Коротковолновая граница определяется материалом окна. Сегодня изготавливают различные виды ФЭУ для работы в диапазоне от УФ до ИК, при этом используют различные материалы фотокатода, каждый из который предназначен для работы в определенном спектральном диапазоне. Квантовая эффективность (QE) – это величина, выражаемая в %, которая характеризует способность ФЭУ преобразовывать падающие фотоны в электроны. Например, QE равно 20%. Это означает, что один из 5 фотонов, падающих на фотокатод, приведет к появлению фотоэлектронов. Для задач счета фотонов, желательно иметь ФЭУ с высоким показателем квантовой эффективности. Поскольку QE зависит от длины волны, необходимо подобрать ФЭУ, с максимальной квантовой эффективностью в интересующем спектральном диапазоне. Следует отметить, что фотокатоды для видимой области спектра, как правило, обладают QE <30%. Вычислить квантовую эффективность ФЭУ можно по формуле: где S – это интегральная чувствительность [А/Вт], λ – длина волны [нм]. Конфигурация ФЭУ Доступны две основные конфигурации ФЭУ: входное окно располагается на торце или на боковой стенке вакуумной колбы. В случае, когда входное окно расположено на торце, ФЭУ оснащен полупрозрачными фотокатодами и характеризуется большой площадью активной области, пространственной однородностью, и более высокой производительностью в синей и зеленой областях спектра. Такая конфигурация предпочтительнее для применений, требующих широкой спектральной чувствительности, таких как спектроскопия. В ФЭУ с боковым окном используют непрозрачные фотокатоды, такая конфигурация чаще всего используется при работе в УФ и ИК диапазоне. Конфигурация с боковым окном дешевле, чем конфигурация с окном на торце, и часто используется для задач, требующих высокой квантовой эффективности, таких как сцинтилляционные измерения. 8-14 динодов располагают линейно или по кругу. При линейном расположении (как показано на рис. ) ФЭУ обладает малым временем отклика, высоким разрешением и линейностью. Диноды располагаются по кругу в ФЭУ с боковым окном и в некоторых ФЭУ с торцевым окном, при этом система обладает компактными размерами и малым временем отклика. Коэффициент усиления ФЭУ – уникальны, так как способны усиливать очень слабые сигналы от фотокатода до детектируемого уровня выше шума считывания без внесения существенных помех. За усиление сигнала в ФЭУ отвечают диноды, и коэффициент усиления зависит от прилагаемого напряжения. ФЭУ может работать при напряжениях, превышающих значения, рекомендуемые производителем, обеспечивая при этом коэффициент усиления в 10-100 раз выше указанного в спецификации. При работе в таком режиме на ФЭУ не оказывается негативного влияния, если ток анода ниже предельно допустимых значений. Темновой ток В случае идеального ФЭУ, все сигналы, производимые фотокатодом, являются следствием попадания в трубку света. Однако, настоящие ФЭУ генерируют ток даже в отсутствии падающего излучения. Сигнал, генерируемый ФЭУ в отсутствии света, называется темновым током. Этот сигнал сильно снижает отношение сигнал/шум ФЭУ. Темновой ток главным образом обусловлен термоэлектронной эмиссией электронов из фотокатода и нескольких первых динодов, и в меньшей степени космическими лучами и радиацией. ФЭУ, разработанные для применений в красной области спектра, обладают более высокими значениями темнового тока, чем другие ФЭУ, за счет малых значений энергии связи электронов в фотокатодах, обладающих чувствительностью в красной области спектра. Термоэлектронная эмиссия зависит от температуры фотокатода и работы выхода, а значит охлаждение ФЭУ может значительно снизить темновой ток. При использовании ФЭУ с термоэлектрическим охлаждением следует избегать конденсации на входном окне, так как влага уменьшит количество света, падающего на фотокатод. Кроме того, необходимо избегать чрезмерного охлаждения, так как это может привести к негативным последствиям: уменьшение уровня сигнала или напряжения на катоде, т. к. сопротивление катодной пленки обратно пропорционально температуре. Время Нарастания Для экспериментов, требующих высокого временного разрешения, время нарастания должно быть коротким. Время нарастания импульса тока анода чаще всего используется в качестве характеристики быстродействия ФЭУ. В конечном счете, время нарастания импульса определяется временем распространения разных электронов. Оно отличается по нескольким причинам. Во-первых, начальные скорости вторичных электронов различаются. т.к. они выбиваются из разных по глубине мест материала динодов. Некоторые электроны вылетая обладают ненулевой начальной энергией, поэтому достигнут следующего динода за более короткое время. Время пролета электронов также будет зависеть от длины пути. В результате всех этих эффектов, время нарастания импульса анодного тока будет уменьшаться с увеличением напряжения как V-1/2. Другие факторы При работе с ФЭУ следует тщательно выбирать электронику, которая будет использоваться. Даже небольшие флуктуации высокого напряжения, прилагаемого между катодом и анодом могут сильно повлиять на выходной сигнал. Кроме того, условия окружающей среды также могут влиять на работу ФЭУ. Изменения температуры и влажности, а также вибрации негативно влияют на производительность ФЭУ. Корпус ФЭУ также имеет большое значение, он не только защищает трубку от постороннего света, но и снижает влияние внешних магнитных полей. Поле с магнитной индукцией в несколько гауссов, может уменьшить коэффициент усиления. Этого можно избежать путем использования магнитного экрана из материала с высокой магнитной проницаемостью.

Наконечники для фотодиодов — характеристика, символ, определение

Фотодиод — полупроводниковый диод типа , который служит фотодетектором. Его электрические свойства зависят от светового излучения, которое его освещает. Этот компонент легко узнать среди других полупроводниковых диодов по характерному корпусу с прозрачным окном. Конструкция внутреннего фотодиода основана на p-n-переходе или p-i-n структуре (p-i-n-с собственным или нелегированным слоем между двумя полупроводниковыми кристаллами, легированными p-n).

Рис. 1. Фотодиод Symbol

Фотодиод — Принцип работы

Энергия подводится к переходу фотодиода, когда он освещается фотонами (светом) — происходит инжекция неосновных носителей, при этом образуются пары дырка и электрон. Это вызывает генерацию тока, который пропорционален световому потоку, который «пропускается» на фотодиод (фотоэффект , ). Полный ток, протекающий через переход, представляет собой сумму двух компонентов: тока насыщения (темновой ток) и тока, зависящего от интенсивности освещения.Свободные электроны притягиваются положительно заряженными частицами на границе области n-типа, а дырки проникают в область p-типа.

Фотодиод — Режимы работы

• Фотоэлектрический режим (режим без смещения) — Фотодиод действует как источник электрического тока. Пока его соединение освещается фотонами, он создает ЭДС (электродвижущую силу), что означает электрический ток. Это явление называется фотоэлектрическим явлением , которое лежит в основе солнечных элементов. Можно сказать, что типичный солнечный элемент — это просто фотодиод гораздо большего размера ,
• Режим фотопроводимости (r Режим обратного смещения) — Очень часто к фотодиоду прикладывают обратное напряжение (обратное смещение катода относительно анода) для расширения обедненного слоя, что уменьшает площадь перехода. емкость . (Если вы не понимаете, о чем я говорю, ознакомьтесь с этой статьей о внутренней конструкции полупроводникового диода .) В случае отсутствия подсветки компонентов протекает так называемый темновой ток, который имеет низкие значения. Кроме того, обратное смещение также влияет на темновой ток. После засветки количество неосновных носителей увеличивается, что приводит к увеличению обратного тока.

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика фотодиода

. Наблюдая за вольт-амперной характеристикой фотодиода, обратите внимание на осциллограммы в различных квадрантах системы координат. Характеристика третьей четверти показывает использование фотодиода в качестве фотоприемника (светочувствительного элемента).Это соответствует текущему насыщению p-n перехода. Однако в четвертой четверти характеристики фотодиод работает как преобразователь светового излучения — солнечная батарея. Если ток не течет через светящийся диод, величина напряжения, возникающего на клеммах, называется фотоэлектрическим напряжением. Солнечные батареи обычно используются в источниках питания электрического оборудования, например, для очистки и зарядки аккумуляторов, когда погодные условия или свет благоприятны для этой цели.

Фотодиод — Приложения

Фотодиоды используются во многих промышленных областях и устройствах, в том числе:

• промышленная автоматизация,
• оптических коммутационных аппаратов,
• систем измерения электрических величин,
• систем измерения неэлектрических величин,
• фотометрия,
• системы дистанционного управления,
• высокоскоростных аналогово-цифровых (A / D) преобразователей.

Инфракрасные фотодиоды на узкозонных полупроводниках II-VI и III-V

1. Введение

В течение последних двух десятилетий HgCdTe, InSb и InAs инфракрасные (ИК) фотодиоды быстро развивались для использования в тепловизионных системах второго поколения . Очевидно, что они также считаются наиболее важными кандидатами на разработку систем третьего поколения. Несмотря на это, многие проблемы все еще существуют в технологии производства, а также в понимании физических явлений в материалах и фотодиодах.В результате, пороговые параметры имеющихся в продаже ИК-фотодиодов далеки от значений, предсказываемых теоретически.

Концепция технологии запрещенной зоны нашла множество применений при изготовлении ИК-устройств на полупроводниках II-VI и V III-V. Например, наиболее важным преимуществом тройного сплава HgCdTe является возможность изменять ширину запрещенной зоны в широком диапазоне. Спектральную границу фотодиодов HgCdTe можно настроить, регулируя состав сплава HgCdTe в диапазоне 1-30 мм. Дальнейшее применение этой концепции в технологии ИК-детекторов тесно связано с разработкой детекторов на основе GaAs / AlGaAs с множественными квантовыми ямами и сверхрешеточных фотодиодов InAs / GaInSb типа II.

Для реализации концепции инженерии дефектов вросшие и вызванные процессом дефекты должны быть минимизированы и пассивированы или устранены. Дефекты в узкозонных полупроводниках легко вводятся намеренно или непреднамеренно во время роста кристаллов, обработки образцов и обработки устройства.Есть также свидетельства того, что эти дефекты электрически активны. Таким образом, для управления параметрами и характеристиками инфракрасных фотодиодов на узкозонных полупроводниках посредством инженерии дефектов важно понимать физические свойства дефектов, механизмы их взаимодействия и временной эволюции. Электронные свойства собственных дефектов и посторонних примесей в узкозонных полупроводниках имеют большое значение в течение нескольких десятилетий. В результате интенсивных исследований были выяснены первичные собственные дефекты и механизмы их образования. Также было признано легирующее действие различных примесей. Это позволяет разрабатывать эффективные методы управления концентрацией носителей и типом проводимости в специально нелегированных и легированных материалах. До некоторой степени время жизни носителей можно контролировать с помощью примесного легирования. Однако во многих случаях электронные состояния дефектов в этих полупроводниках все еще остаются неизвестными, и необходимы дальнейшие исследования.

Для управления свойствами полупроводников с помощью инженерии дефектов важно понимать механизмы взаимодействия точечных и протяженных дефектов (дислокаций), а также понимать их влияние на характеристики устройства.Эта задача представляется важной, поскольку альтернативные подложки (Si, GaAs, сапфир) широко используются в эпитаксиальной технологии ИК-фотодиодов. Эти подложки очень привлекательны, поскольку они менее дороги и доступны в виде пластин большой площади. Соединение подложек Si с интегральной схемой считывания Si позволяет изготавливать очень большие матрицы фокальной плоскости (FPA). Из-за большого несоответствия решеток между HgCdTe, InSb и InAs и альтернативными подложками фотодиоды на их основе страдают от высокой плотности дислокаций (обычно порядка 10 ⁶ см ^-2 ).Например, эти плотности дефектов серьезно ограничивают применение эпитаксиальных слоев HgCdTe для изготовления высокопроизводительных фотодиодов для спектральных областей LWIR и VLWIR. Ожидается, что использование буферных слоев, температурных циклов и водородной пассивации будет полезно для уменьшения плотности дислокаций и ослабления их влияния на производительность устройства. Однако ни один из этих методов еще не доказал свою практическую пригодность.

Ряд физических свойств HgCdTe, таких как прямая запрещенная зона, способность получать как низкие, так и высокие концентрации носителей, высокая подвижность электронов и дырок, низкая диэлектрическая проницаемость и чрезвычайно малое изменение постоянной решетки в зависимости от состава, позволяет выращивать качественные слои и гетероструктуры. Как следствие, были разработаны высокоэффективные фотодиоды из HgCdTe, работающие в длинноволновом, длинноволновом и очень длинноволновом ИК-диапазонах (MWIR, LWIR и VLWIR). Основными недостатками HgCdTe являются технологические недостатки этого материала. Наиболее важным является слабая связь Hg – Te, которая приводит к объемной, поверхностной и межфазной нестабильности. Однородность и выход по-прежнему остаются проблемами, особенно для фотодиодов в спектральных областях LWIR и VLWIR. Фотодиоды InSb в спектральной области MWIR имеют сопоставимые характеристики с фотодиодами из HgCdTe.

Первоначально инфракрасные фотодиоды были изготовлены с помощью диффузии, ионной имплантации или других методов, позволяющих получить структуры с гомопереходом. В этих фотодиодах строго контролировалась концентрация носителей в слаболегированной «базовой» области. С развитием эпитаксиальной техники фотодиоды с гомопереходом были заменены на гетеропереходные. В фотодиоде с гетеропереходом «базовая» область вводится между широкозонной подложкой и закрывающим слоем с более широкой запрещенной зоной. Таким образом, ослабляется влияние поверхностных рекомбинаций на характеристики фотодиодов. Кажется, что наиболее успешным применением концепций запрещенной зоны и инженерии дефектов в технологии ИК-фотодиодов является создание фотодиодов с двухслойным гетеропереходом.

Основная цель статьи — описать основные свойства точечных и протяженных дефектов, их влияние на физические свойства и пороговые параметры инфракрасных фотодиодов на основе узкозонных полупроводников HgCdTe, InAs и InSb.Эта статья разделена на две части. Первая часть посвящена технологическим этапам (рост кристаллов, термический отжиг, образование переходов), тесно связанным с дефектами, образующимися в материалах и устройствах. Во второй части анализируются оригинальные результаты с акцентом на возможное участие дислокаций и точечных дефектов в механизмах переноса носителей и процессах рекомбинации в фотодиодах.

2. Собственные дефекты и примеси в HgCdTe, InAs и InSb

Дефектная структура узкозонных соединений Hg _1-x Cd _x Te (далее — HgCdTe) в прошлом интенсивно исследовалась как теоретически, так и экспериментально. пятьдесят лет.Обзор современного состояния дефектных состояний в этих полупроводниках содержится в многочисленных статьях и монографиях (см., Например, Capper, Garland, 2011; Chu, Sher, 2010). Кристаллические материалы HgCdTe всегда выращиваются с большим отклонением от стехиометрии. Показано, что область равновесного существования в HgCdTe (x ~ 0,2) полностью находится на стороне, богатой Te (Schaake, 1985). Таким образом, наиболее важным типом собственных точечных дефектов в нелегированных материалах являются вакансии Hg. Остаточные примеси, межузельные частицы Hg, дислокации и выделения Te также наблюдались в сырых материалах.Все эти дефекты могут находиться в нейтральном или ионизированном состоянии. Были исследованы их важные характеристики, такие как тип донора или акцептора, энергия ионизации, плотность, пространственное положение и изменение во времени.

Неэмпирический расчет энергий образования собственных точечных дефектов в HgCdTe (x ~ 0,2) был проведен Бердингом с соавторами (Berding, 1994, 1995, 2011). Наиболее надежные расчеты основаны на приближении локальной плотности теории функционала плотности. Расчеты предсказывают, что вакансия ртути и антиструктура теллура Te _Hg являются доминирующими дефектами в материале, выращенном в условиях с высоким содержанием теллура.Концентрация собственных точечных дефектов рассчитывалась как функция давления Hg с использованием квазихимического формализма. В расчетах предполагалось, что все дефекты уравновешены при температуре 500 0C, а концентрации дефектов — вмороженными. Температура 500 ⁰ C типична для роста LPE. Вакансия Hg и антиструктура теллура Te _Hg в расчетах классифицируются как акцепторные и донорные дефекты соответственно. Расчет также предсказывает, что концентрация Te _Hg сравнима с концентрацией вакансий ртути.В то же время, как указывал Бердинг, на сегодняшний день нет экспериментального подтверждения наличия в HgCdTe в столь больших количествах антиструктурных дефектов теллура. Кроме того, расчетная концентрация межузельной ртути оказалась слишком низкой для объяснения экспериментальных данных по самодиффузии (Berding, 2011). Экспериментально дефектная структура в нелегированном HgCdTe (x ~ 0,2) была исследована Видианатом и Шааке. Было показано, что преобладающими собственными дефектами являются дважды ионизованные акцепторы, связанные с вакансиями Hg (Vydyanath, 1981; Schaake, 1985).Этот результат соответствует теоретическому предсказанию. Дефекты в легированном HgCdTe были рассмотрены Шоу и Кэппером (Shaw and Capper, 2011).

Собственные дефекты в HgCdTe, включая дислокации и дефектные комплексы, могут действовать как центры Шокли-Рида-Холла (SRH) из-за их влияния на время жизни носителей. Существует обширная литература, посвященная связи глубоких дефектов со временем жизни носителей в HgCdTe (Capper, 1991; Sher, 1991; Capper, 2011; Cheung, 1985, Chu and Sher, 2010). Явное свидетельство наличия центров SRH было получено с помощью нестационарной спектроскопии глубоких уровней, спектроскопии адмиттанса, термостимулированного тока и спектроскопии оптической модуляции (Polla, 1981, 1981a, 1981b, 1982; Jones, 1982; Schaake, 1983; Mroczkowski, 1981).Центры, расположенные около середины запрещенной зоны, по-видимому, являются общими для p-типа Hg ₁ CdTe, где легирование связано с вакансиями ртути. Сводка уровней примесей и собственных дефектов, экспериментально наблюдаемых в HgCdTe, была сделана Litter et. al. (Помет, 1990). Основные результаты экспериментальных находок заключаются в следующем: (i) мелкие акцепторные уровни имеют энергию активации от 2 до 20 мэВ; глубокие уровни имеют энергии 0,25E _g , 0,5E _g и 0,75E _g над краем валентной зоны.Концентрация донороподобных глубоких центров, о которых сообщает Polla с соавторами, находилась в диапазоне приблизительно от 0,1N _A до 10N _A , где N _A — концентрация мелких акцепторов. Значения сечения для электронов и дырок находились в диапазоне 10 ^-15 -10 ^-16 см ² и 10 ^-17 -10 ^-18 см ² соответственно. Происхождение центров СРЗ в HgCdTe до сих пор не ясно. Легированные вакансиями материалы с приблизительно одинаковой концентрацией носителей, но изготовленные при различных температурных условиях, могут иметь разный срок службы.В то же время обнаружена корреляция между плотностями центров рекомбинации СРГ и концентрацией вакансий Hg (Capper, 2011).

Поведение внешних дефектов в HgCdTe важно по нескольким причинам. Для изготовления фотодиодов с улучшенными характеристиками вместо материала, легированного вакансиями, требуются специально легированные материалы с контролируемыми концентрациями акцепторов и доноров. Это вызвано несколькими причинами, такими как нестабильность материала, легированного вакансиями, и низкая способность контролировать концентрацию свободных носителей.Кроме того, вакансии или комплексы Hg с их участием могут быть ответственны не только за время жизни носителей, но также они могут усиливать туннелирование с помощью ловушек, вызывая избыточный темновой ток в инфракрасных фотодиодах. Шоу и Каппер (Shaw and Capper, 2011) предоставляют полный обзор работ по легирующим добавкам в объемных материалах и эпитаксиальных слоях. Индий и йод наиболее часто используются в качестве хорошо контролируемых доноров для приготовления объемного материала n-типа и эпитаксиальных слоев. Оба включены как мелкие одиночные доноры, занимающие узлы решетки металла и теллура (In и I, соответственно).Индий имеет умеренно высокий коэффициент диффузии, тогда как коэффициент диффузии йода довольно низкий. Элементы V группы имеют низкий коэффициент диффузии и, следовательно, идеальны в качестве легирующих добавок p-типа. Приблизительно 100% активность обнаружена для концентраций In и I до ~ 10 ¹⁸ см ^-3 . Vydyanath (1991) утверждал, что элементы группы V (P, As, Sb, Bi) включаются в качестве доноров в условиях роста с высоким содержанием Te (дефицитом Hg). При насыщенном Hg отжиге при 500 ⁰ C энергии достаточно, чтобы переместить эти элементы из центров металлической решетки в Te или в места внедрения.Примеси группы V, если они занимают узлы Те, действуют как мелкие акцепторы.

Известно, что мелкие примеси определяют концентрацию свободных носителей в полупроводниках. Энергия ионизации водородоподобных доноров в HgCdTe была рассчитана как функция состава и концентрации дефектов (Capper, 2011). Из-за малых эффективных масс электронов эта энергия слишком мала для экспериментального обнаружения при 77 К (например, энергия ионизации составляет 0,30 (0,85) мэВ для состава x = 0.2 (0,3). Энергия ионизации акцепторов зависит от состава материала, концентрации акцепторов и степени компенсации. Расчетная энергия для мелких акцепторов составляет 11 (14) мэВ для x = 0,20 (0,3).

Электронные свойства протяженных дефектов в HgCdTe, InSb и InAs менее изучены по сравнению с точечными дефектами. Известно, что полупроводники II-VI более ионно связаны, чем ковалентные полупроводники III-V. В результате они могут легко пластически деформироваться при комнатной и более низких температурах (Holt, Yacobi, 2007).Фотопластический эффект, открытый Осипияном и Савченко (1968), является убедительным доказательством того, что дислокации в материалах II-VI являются электрически заряженными и что заряд в значительной степени определяется электроникой. Ядро дислокации содержит разорванные связи, поэтому линия дислокации обычно может быть заряжена отрицательно. Разорванные связи являются химически реактивными, и может возникать электростатическое взаимодействие между заряженными дислокационными линиями и ионизированными точечными дефектами, а также эффекты короткодействующей химической связи. Это имеет тенденцию уменьшать (нейтрализовать или пассивировать) электрические эффекты дислокаций, особенно в соединениях II-VI с ионной связью.Зарядовые состояния дислокации могут быть изменены освещением и другими способами инжекции носителей, и это может изменить заряды дислокационных линий, а также подвижность дислокаций. Йоненага (1998) сравнил динамику дислокаций в InAs с таковыми в других полупроводниках, включая узкозонные и широкозонные соединения II-VI. Было показано, что энергии активации движения дислокаций линейно зависят от ширины запрещенной зоны с очевидным различием между разными типами полупроводников.Энергия активации ниже в полупроводниках с ионной связью II-VI по сравнению с III-V. Таким образом, можно было бы ожидать, что дислокации будут наиболее подвижными в узкозонных полупроводниках II-VI. Дальнодействующее электростатическое взаимодействие усиливает притяжение дислокаций к их примесным атмосферам Коттрелла и усиливает эффект пиннинга, препятствующий движению дислокаций.

Дислокации также могут действовать как центры SRH в узкозонных полупроводниках HgCdTe и III-V. Электрическую активность дислокаций можно отнести к атмосфере Коттрелла или оборванным связям в ядре дислокации.Способность полей деформации дислокаций в HgCdTe улавливать значительные количества примесей была исследована в ранней работе Schaake (Schaake, 1983). Утверждалось, что источником электрической активности являются состояния оборванных связей на дислокациях, а не примеси. Высокие напряжения Пайерлса, наблюдаемые в полупроводниках соединений II-VI, подтверждают этот аргумент. Это напряжение было приписано способности оборванных связей излечивать себя вдоль ядра дислокации.На уменьшение времени жизни и подвижности, вызванное дислокациями в HgCdTe n- и p-типа, указывалось в нескольких статьях (Lopes, 1993; Yamamoto, 1985; Shin, 1991). Это сокращение приписывают оборванным связям, которые обеспечивают центры СРЗ. Дислокации также влияют на темновые токи в фотодиодах LWIR, работающих при низких температурах (<77 К), поскольку считается, что они создают среднещелевые состояния в запрещенной зоне (Arias, 1989; Tregilgas, 1988). Об уменьшении произведения дифференциального сопротивления на площадь при нулевом напряжении смещения, R ₀ A, в присутствии высоких плотностей дислокаций сообщалось Johnson et al.(Джонсон, 1992). При понижении температуры влияние дислокаций оказывается более значительным. При 77 K уменьшение R ₀ A начинается при плотности дислокаций порядка 10 ⁶ см ⁻² , тогда как при 40 K на него влияет наличие одной или нескольких дислокаций. Разброс в данных R ₀ A может быть связан с присутствием пар «взаимодействующих» дислокаций, которые могут быть более эффективными для уменьшения R ₀ A, чем отдельные дислокации.Избыточный ток в фотодиодах, вызванный дислокациями, может быть источником шума 1 / f .

Влияние дислокаций несоответствия на темновые токи в высокотемпературных фотодиодах инфракрасной гетероструктуры MOCVD HgCdTe было исследовано Jóźwikowska et al. (Jóźwikowska, 2004). Было показано, что наиболее эффективным механизмом переноса тока при высоких температурах в гетероструктурах HgCdTe является туннелирование с помощью ловушки. В фотодиодах, работающих при 240 К, этот механизм преобладает при напряжении смещения, не превышающем 0.1 В. Наилучшее совпадение экспериментальных данных с теоретическими предсказаниями для зависимости дифференциального сопротивления нулевого смещения от температуры было получено для достаточно высоких плотностей дислокаций в объеме слоя HgCdTe ~ 5 10 ⁷ см- ² . В определенной степени электрическая активность дислокации может быть снижена путем пассивации (Boieriu, 2006). Было показано, что включение H в эпитаксиальные слои HgCdTe (x = 0,2), легированные In, за счет воздействия H-плазмы электронным циклотронным резонансом (ЭЦР) увеличивает время жизни в 10 раз.Увеличение было приписано H-пассивации оборванных связей и эффективно только для высоких плотностей дислокаций (~ 10 ⁷ см ⁻² ).

Ранние исследования собственных дефектов и примесей в InSb и InAs были обобщены Милнсом (Milnes, 1973). Энергия мелких примесей в InAs и InSb рассчитывалась с использованием теории эффективных масс (Baldereschi, Lipari, 1974). В InSb обнаружено несколько глубоких доноров неопределенного происхождения. Атомы меди, сегрегированные на дислокациях в InAs, по-видимому, электрически неактивны, но при нагревании они диффундируют и могут вморожиться в решетку как электрически активные центры.Они возвращаются к дислокациям во время низкотемпературного отжига. Аналогичный эффект наблюдался с Cu в InSb. Ряд неустановленных глубоких дефектов был обнаружен в InSb и InAs (Madelung, 2003).

Природа собственных точечных дефектов в монокристаллах InAs изучалась несколькими группами (Бублик, 1977, 1979, 1979а; Каратаев, 1977; Mahony, Maseher, 1977). В специально нелегированных монокристаллах InAs, выращенных методом прямой кристаллизации и методами Чохральского, были выполнены прецизионные измерения плотности и постоянной решетки с целью определения типа и концентрации межузельных атомов и вакансий в зависимости от содержания мышьяка в расплаве InAs.Разница в концентрациях V _As и As _и для InAs оказалась порядка 3 10 ¹⁸ см ^-3 . Для InAs, выращенного из расплава стехиометрического состава, эта разница не превышает 1 · 10 ¹⁷ см ^-3 . Также установлено влияние точечных дефектов на структурные и рекомбинационные свойства монокристаллов InAs. Показано, что кристаллы InAs имели n-тип проводимости, а концентрация электронов увеличилась с 1.4 · 10 ¹⁶ до 2,5 · 10 ¹⁶ см ^-3 (T = 77 K) с увеличением содержания As в ростовом расплаве. Сделан вывод, что концентрация электронов определяется собственными дефектами и комплексами, состоящими из собственных дефектов (вакансий) и фоновых примесей. Влияние отжига на электрические свойства нелегированного арсенида индия было исследовано Каратаевым (1977). Отжиг производился в интервале температур 300-900 ° С в течение 1-100 ч. Было обнаружено, что отжиг увеличивает концентрацию электронов.Например, для температуры отжига ~ 900 ° C концентрация электронов увеличилась с 2 · 10 ¹⁶ см ^-3 до 2 · 10 ¹⁷ см ^-3 .

^{0
остаточная примесь} 9023 V _In
7 E _E (28-30)
7 C D— A — 902 9018 — 902 90 238- V V908) -50)

Примесь, структурный дефект	Тип	Энергия ионизации, мэВ	Эталонная концентрация, см-3	нейтральный комплекс	—	(7 ± 2) · 10 16	Mahony, J.и Maseher, P., 1977
As monovacancy + остаточная примесь	нейтральный комплекс	—	~ 1 · 10 17	Mahony, J. and Maseher, P., 1977
A 1	E V +100	—	Mahony, J. and Maseher, P., 1977
V In	A 2	E V +130	—	Махони, Дж.and Maseher, P., 1977
V In	A 3	E V +230	—	Mahony, J. and Maseher, P., 1977
V As	D	E C + 0,03E g	—	Бынин М.А., Матвеев Ю.А., 1985
V As	D	E С -Е г /4	—	Бынин, М.А., Матвеев Ю.А., 1985
Cr	D	E C –160	—	Омельяновский, 1975; Балагуров, 1977; Плитникас, 1982; Адомайтис, 1984
S, Se, Te	D	E C — (2–3)	—	Воронина, 1999 г.
Mn	A	—	Адрианов, 1977; 26 Георгитсе, 1989
Zn	A	E V +10	—	Кесаманлы, 1968
Zn	A		E25 V2 , 1969; Гусейнов, 1997
Cd	A	E V +20	—	Галкина, 1966
Cd	A	E V 90yn +20 1968
Mg	A	—	—	Воронина, 2004
Cu	D	E C — <7	—	P	N	—	—	Баранов, 1992; Баранов, 1993
Be	A	E V + <7	—	Lin, 1997; Астахов, 1992; Dobbelaere, 1992
Ge (амфотерный)	D (Ge sub.В)	E C — <7	—	Гусева, 1974; Гусева, 1975
Ge (амфотерный)	A (Ge sub. As)	E V +14	—	Гусева, 1974; Гусева, 1975
Si (амфотерный)	D (Si sub. In)	E C — <7	—	Гусева, 1974; Гусева, 1975
Si (амфотерный)	A (Si sub. As)	E V +20	—	Гусева, 1974; Гусева, 1975
Структурный дефект	—	110 ± 20	(0.5 ÷ 10) · 10 14	Фомин, 1984
—	—	150 ± 20	≤ 5 · 10 14	Фомин, 1984
—	—	~ 220	(1 ÷ 3) · 10 15	Ильенков, 1992
—	—	~ E г /2 (77 К)	~ 10 17	Корнюшкин, 1996
—	D	E C — (100-200)	—	Баранов, 1992
—	D	E C — ( )	—	Баранов, 1992
—	A	E V +50	—	Баранов, 1992
—	D	—	Баранов, 1993
—	А	Е В +50	—	Баранов, 1993
—	D	E C — (20-30)	—	Воронина, 1999
—	E C — (90-100)	—	Воронина, 1999
—	A	E V +10	—	Воронина, 1999a
E V +20	—	Воронина, 1999a
—	A	E V +30	—	Воронина, 1999a
E V +65	—	Воронина, 1999a
—	A	E V +20	—	Зотова, 1975
— E В +35	Зотова, 1975
—	A	E V +35	—	Allaberenov, 1970
—	A		E35	Есина, 1985
Остаточная примесь	D	E C -2	—	Баранов, 1992
Дислокация (возможно)	A (+	—	Анисимова, 1969

Таблица 1.

Параметры примесей и структурных дефектов в InAs

V + 10 Левинштейн, 1965 +27 V — 1208 — -113)

Примесь, структурный дефект	Тип	Энергия ионизации, мэВ	15	15 см Каталожный номер
Zn	A	E V + 8	—	Исмаилов, 1969
Zn	A	E
Ge	A	E V + (16-19)	—	Исмаилов, 1969
Ag 1	A 1	—	Пехек и Левинштейн, 1965
Ag 2	A 2	E V +50	—	Пехек и Левинштейн, 1965
Au	A	E V +43	—	Пехек и Левинштейн, 1965
A
Cu + (57-64)	—	Валяшко, 1975
Cu	A	E V + (23-27)		Кеворков, 1980
Cu, Ag, Au		A	E V +67	3 · 10 14	Коротин, 1976
Структурный дефект	D	E C –48	—
—	A	E V + (7-9)	≤ 6 · 10 14	Кеворков, 1980
—	A	E V + (5- 6)	—	Наследов, 1962
—	D	E C — (7-8)	—	Наследов, 1962
—	D	E C –55	~ 8 · 10	Лафф и Фан, 1961
—	D	E C –60	10 11 — 10 13	Сиповская и Сметанникова, 1984
E V + (50-60)	~ 10 14	Циттер, 1959
—	D	E C — (65 ± 5)	(1.3 — 7,5) · 10 13	Голованов, 1973
—	A	E V + (20-30)	1 · 10 15	Гусейнов, 1971
—	D	E C –110	—	Валяшко, 1975
—	A	E V + (150-170)	(0,3-1,0) 10 12	Цицин, 1975
—	D	E C — (50-70)	—	Трифонов, 1971
—	A	—	Голованов и Одинг, 1969
—	D	E C — (110-120)	<7 · 10 13	Наследов, 1962
D	E C –120	~ 8 · 10 13	Лафф и Фан, 1961
—	D	E C –140	~ 2 · 10 14	Волков и Голованов, 1967
—	D	C –110	~ 3 · 10 13	Hollis, 1967
—	D	E C –71	~ 3 · 10 13	Hollis, 1967 902
—	A	E V + (60-63)	—	Эгембердиева, 1982
—	A	E V + (6923-73) 902	Эгембердиева, 1982
—	A	E V + (80-82)	—	Egemberdieva, 1982
—	D	—	Эгембердиева, 1982
—	D	E V + (131-135)

Кремниевый фотодиод с PIN-кодом — Скачать PDF бесплатно

Кремниевый PIN-фотодиод

Кремниевый PIN-фотодиод ОПИСАНИЕ 94 8632 — PIN-фотодиод с высокой скоростью и высокой чувствительностью к излучению в прозрачном пластиковом корпусе с боковым обзором.Он чувствителен к видимому и ближнему инфракрасному излучению.

Подробнее

Кремниевый PIN-фотодиод

VEMD940F Кремниевый фотодиод на PIN-кодах ОПИСАНИЕ VEMD940F — это высокоскоростной и высокочувствительный PIN-фотодиод в миниатюрном корпусе для поверхностного монтажа (SMD) бокового обзора с фильтром, блокирующим дневной свет. Фильтр

Подробнее

Датчик освещенности

Датчик внешней освещенности TEPT56 ОПИСАНИЕ 94 839 Датчик внешней освещенности TEPT56 представляет собой кремниевый эпитаксиальный планарный фототранзистор NPN в корпусе T-1¾.Он чувствителен к видимому свету так же, как человеческий глаз

Подробнее

Кремниевый фототранзистор NPN

Кремниевый фототранзистор NPN ОПИСАНИЕ 7 представляет собой кремниевый фототранзистор NPN с высокой светочувствительностью в черном пластиковом корпусе T-1¾ с базовым выводом и фильтром блокировки дневного света. Полоса пропускания фильтра

Подробнее

Кремниевый фототранзистор NPN

Кремниевый фототранзистор NPN 16758-1 VEMT252X1 ОПИСАНИЕ VEMT25X1 Серия VEMT25X1 представляет собой кремниевый эпитаксиальный планарный фототранзистор NPN в миниатюрной купольной линзе, прозрачном эпоксидном корпусе для поверхностного монтажа.

Подробнее

Малосигнальный быстро переключающийся диод

Малосигнальный быстро переключающийся диод МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Корпус: SOD- Вес: прибл. Мг Коды / варианты упаковки: 8 / K на дюйм (лента 8 мм), K / коробка 08 / K на катушку 7 дюймов (лента 8 мм), K / box ОСОБЕННОСТИ Кремний эпитаксиальный

Подробнее

Сверхяркий белый светодиод, Ø 3 мм

Сверхъяркий белый светодиод, Ø 3 мм ОПИСАНИЕ Серия VLHW41 — это прозрачный, неокрашенный 3-миллиметровый светодиод для высокопроизводительных приложений, где требуется высочайшая сила света.В этих лампах используется высокоразвитая лампа

. Подробнее

1 Форма твердотельного реле

1 Твердотельное реле формы A Vishay Semiconductors DIP i1791- SMD ОПИСАНИЕ Твердотельные реле Vishay (SSR) представляют собой миниатюрные реле с оптической связью с высоковольтными выходами MOSFET. Реле Lh2518

Подробнее

1 Форма твердотельного реле

Твердотельное реле Form A VOAT, VOAABTR ХАРАКТЕРИСТИКИ 9 S S DC S ‘3 S’ Высокоскоростное реле SSR — t вкл. / Выкл. <8 мкс Максимальное R ВКЛ.Испытательное напряжение изоляции 3 В RMS Напряжение нагрузки В Ток нагрузки A Конфигурация постоянного тока DIP-упаковка

Подробнее

Слаботочный светодиодный индикатор SMD PLCC-2

Слаботочный светодиодный индикатор SMD PLCC-2 VLMC31. 19225 ОПИСАНИЕ Эти новые устройства были разработаны для удовлетворения растущего спроса на слаботочные светодиоды SMD. Пакет VLMC31. это PLCC-2 (эквивалент

Подробнее

Стандартный светодиод 0603 SMD

TLMS, TLMO, TLMY, TLMG, TLMP, TLMB Стандарт 63 SMD LED ОПИСАНИЕ 8562 Новая серия 63 LED была разработана в самом маленьком корпусе SMD.Эта инновационная технология с 63 светодиодами открывает путь к меньшим

Подробнее

Оптопара, выход на фототранзисторе, двухканальный, корпус SOIC-8

ILD25T, ILD26T, ILD27T, ILD211T, ILD213T Оптопара, выход фототранзистора, двухканальный, корпус SOIC-8 i17925 A1 C2 A3 C4 i17918-2 8C 7E 6C 5E ОПИСАНИЕ ILD25T, ILD26T, ILD27T, ILD211T и 9000 Подробнее

Светодиод Power SMD PLCC-2 Plus

Светодиод Power SMD PLCC-2 Plus 2238 ОПИСАНИЕ VLMW51.. Белый светодиод в корпусе PLCC-2 plus является передовым продуктом с точки зрения высокого светового потока и низкого теплового сопротивления. В сочетании с малым

Подробнее

Выпрямитель Шоттки, 1,0 А

Выпрямитель Шоттки, 1,0 А VS-BQ040-M3 Катод-анод ОПИСАНИЕ ПРОДУКТА Комплект SMB I F (AV) 1,0 А В R 40 В V F при I F 0,38 В I RM 9 ма при 125 C T J макс. 150 C Вариант диода Одиночная матрица E AS 3.0 mj ХАРАКТЕРИСТИКИ

Подробнее

P-канал 1.МОП-транзистор мощностью 25 Вт, 1,8 В (G-S)

Si5DS P-канал. 5-W, .- V (GS) MOSFET ОПИСАНИЕ ПРОДУКТА V DS (V) R DS (on) (Ω) ID (A) .5 при V GS = -,5 В ± 0,5 -. 7 при V GS = -,5 В ±. при V GS = -. V ± ХАРАКТЕРИСТИКИ Не содержит галогенов Согласно IEC 9 — Доступен TrenchFET

Подробнее

P-канал 20 В (D-S) MOSFET

Si30CDS P-Channel 0 В (D-S) МОП-транзистор МОП-транзистор ОБЗОР ПРОДУКТА V DS (V) R DS (вкл.) () I D (A) a Q g (Тип.) — 0 0. при V GS = — 4.5 V — 3. 0.4 при V GS = -.5 V -.7 3.3 nc TO-36 (SOT-3) ХАРАКТЕРИСТИКИ Без галогенов Согласно

Подробнее

Выпрямитель Шоттки, 1,0 А

Выпрямитель Шоттки, 1,0 А VS-BQ060PbF Продукция Vishay High Power ХАРАКТЕРИСТИКИ Небольшая площадь основания, возможность поверхностного монтажа Низкое прямое падение напряжения Катодный анод SMB Работа на высоких частотах Защитное кольцо для улучшенного

Подробнее

Слаботочный светодиодный индикатор SMD PLCC-2

Слаботочный светодиодный индикатор SMD PLCC-2 VLMC31.19225 ОПИСАНИЕ Эти новые устройства были разработаны для удовлетворения растущего спроса на слаботочные светодиоды SMD. Пакет VLMC31. это PLCC-2 (эквивалент

Подробнее

P-канальный полевой МОП-транзистор 20 В (D-S)

Si33DS P-Channel -V (DS) MOSFET СВОДКА ИЗДЕЛИЯ V DS (V) R DS (on) (Ω) ID (A) .39 при V GS = -,5 В -,7 -,5 при V GS = — 0,5 В — .. 68 при В GS = -,8 В — 3,5 ХАРАКТЕРИСТИКИ Не содержит галогенов Согласно IEC 69 ​​- Доступен

Подробнее

Стандартный светодиодный индикатор SMD PLCC-2

Стандартный светодиод SMD PLCC-2 ОПИСАНИЕ 948553 Это устройство было разработано для приложений, требующих ограниченного выбора яркости и цвета.Пакет этого устройства — PLCC-2. Состоит из свинца

Подробнее

P-канальный полевой МОП-транзистор, 60 В (D-S)

TP6K P-канал 6 В (DS) MOSFET GS ОБЗОР ПРОДУКТА V DS (V) R DS (вкл.) () V GS (th) (V) ID (ma) — 6 6 при V GS = — V — to — — 85 TO-6 (SOT-) Вид сверху D Код маркировки: 6Kwll 6K = Код номера детали для TP6K

Подробнее

Технология толстой пленки силового резистора

Толстопленочная технология силового резистора Серия LTO является продолжением типов RTO.Мы использовали конструкцию прямого керамического монтажа (без металлического язычка) наших силовых резисторов RCH, применяемых в корпусах полупроводников. ОСОБЕННОСТИ

Подробнее

N-канальный полевой МОП-транзистор, 100 В (D-S)

Si4DS N-Channel V (DS) MOSFET MOSFET СВОДКА ПРОДУКТА V DS (V) R DS (on) () ID (A) a Q g (Тип.). 4 при V GS = V..67 при V GS = 6 V..9 nc.78 при V GS = 4.5 ОСОБЕННОСТИ V.7 TrenchFET Power MOSFET% R g Протестировано

Подробнее

Выпрямитель Шоттки, 100 А

Выпрямитель Шоттки, VS-BGQ Катод-анод PowerTab РЕЗЮМЕ ПРОДУКТА Пакет PowerTab I F (AV) A V R V V F at I F 0.82 В I RM 180 мА при 125 C T J макс. 175 C Вариант диода Одна матрица E AS 9 mj ХАРАКТЕРИСТИКИ

Подробнее

Драйвер двигателя 5 В, 1 А

, Драйвер двигателя H-Bridge ОПИСАНИЕ SIP200 представляет собой интегрированный H-мост с буферизацией с TTL- и CMOS-совместимыми входами с возможностью подачи постоянного тока до A при питании DD. SIP200

Подробнее

Алюминиевые конденсаторы твердые осевые

SAL-A Конец жизни.Дата последней доступной покупки: -декабрь- Радиально более высокое CV / объем Рис. БЫСТРЫЕ СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ОПИСАНИЕ ЗНАЧЕНИЕ Максимальный размер корпуса (Ø D x L в мм) 6,7 x. до 9 х. Диапазон номинальной емкости

Подробнее

Толстопленочные чип-резисторы с защитой от импульсов

Толстопленочные чип-резисторы с защитой от импульсов ХАРАКТЕРИСТИКИ Высокая импульсная мощность, до кВт Стабильность R / R 1% в течение часа при 70 C Соответствие требованиям AEC-Q200 Классификация материалов: определения соответствия см. На сайте www.vishay.com/doc?99912

Подробнее

Фотодиодный лазерный датчик для каждой длины волны

Если вы измеряете очень малую мощность, вам понадобится фотодиодный датчик мощности. Они бывают разных моделей с физически разными детекторами. Некоторые из них сделаны из кремния, некоторые из германия и т. Д.
Разные детекторы действуют по-разному на разных длинах волн. Например, кремниевый детектор поглощает видимый свет, но прозрачен для других длин волн лазера.Короче говоря, нельзя использовать один детектор для всех длин волн, поэтому используются разные типы.
Вот график длин волн, для которых откалиброван каждый фотодиодный лазерный датчик:

Диапазон длин волн фотодиодного датчика Ophir (IS означает интегрирующая сфера)

Итак, что мы узнали на данный момент?

Если у вас есть УФ-лазер, вам нужно использовать УФ-датчик (да), и если ваш лазер находится между 1700 и 1800 нанометрами, ваш единственный выбор — детектор германия.

Однако для всех других лазеров видимого или ближнего инфракрасного диапазона у вас есть несколько вариантов. Это означает, что вам нужно будет сократить список кандидатов в датчики с помощью других средств, таких как максимальная мощность. (Вы также можете ознакомиться с нашей программой поиска датчиков.)

А как насчет других длин волн?

Я ловко закончил график около конца диапазона калибровки этих детекторов. Но вы сообразительны и знаете, что существует целый мир ИК-лазеров с длинами волн, значительно превышающими диапазон этих фотодиодов.

Конечно, для этих лазеров обычно нужен термодатчик, если только их мощность не очень мала. Например, 3A-FS — самый чувствительный датчик температуры Ophir, который может измерять с точностью до 30 мкВт.

(Однако, если у вас есть идеальный штормовой лазер, который не совсем соответствует спектру длин волн фотодиода или диапазону тепловой мощности, дайте нам знать, и посмотрим, не проблема, которую наши OEM-инженеры могут найти решение!)

Возможно, вы также прочитаете:

Какие основные технические характеристики следует учитывать при выборе лазерного измерительного датчика или измерителя мощности лазера?

Как измерять разные длины волн с помощью измерителя мощности лазера

CO2РасходящийсяЭксимерный волоконный лазерВысокая энергияВысокая мощностьВысокая плотность мощностиПромышленныеIRLБольшой лучЛазерный диодLEDНизкая мощностьМедицина Измерение мощностиДатчики мощностиИмпульсные исследованияМалый лучTHzUVВидимый светYAG

.