光电检测器件的频率响应与半导体的什么特性有关?

光电检测器件的频率响应与半导体的什么特性有关?,第1张

光电检测器件基本上就是pn结二极管(Si、Ge、pin结光电二极管)。其频率响应主要决定于pn结势垒电容(电容越大,响应速度就越慢);这与半导体的掺杂浓度有关,也与pn结面积有关。掺杂浓度越高,势垒厚度越薄,则势垒电容就越大;pn结面积越大,势垒电容就越大。

pin结光电二极管的势垒电容很小,故响应速度较快;但是,如果其中i型层太厚的话,则光生载流子渡越i型层的时间太长,反而又影响到响应速度。

pn结势垒有一定的高度和一定的厚度,这完全由其中的空间电荷密度及其分布来决定。一般,空间电荷区可以采用所谓耗尽层近似(即认为空间电荷完全由电离杂质所提供的一种近似)。通过求解耗尽层近似下的Poisson方程,即可得到pn结势垒的高度和厚度。 pn结势垒的高度也就是两边半导体的热平衡Fermi能级之差;随着半导体掺杂浓度的降低和温度的提高,势垒高度也将降低;在温度高至本征激发起作用时,势垒高度即变为0。 pn结势垒的厚度也与掺杂浓度和温度有关。在掺杂浓度一定时,势垒厚度与势垒高度成正比;随着温度的提高,势垒高度降低,则势垒厚度也减薄。但随着半导体掺杂浓度的提高,虽然势垒高度增大,但势垒厚度却将减薄。 pn结势垒高度和厚度的这种变化,就使得 pn结具有单向导电性和势垒电容、扩散电容等性能。同时,pn结势垒高度和厚度的这种变化关系也就是决定半导体器件工作性能随着掺杂浓度和温度发生变化的根本原因。

通过对PN结的C-V测试可以得到PN结的掺杂浓度,通过相关报道的电阻率和掺杂浓度的关系可以计算电阻。要注意的是测试的结构中必须有带电容的结构,比如PN结比如肖特基结比如MOS电容,否则直接测一块掺杂的半导体是无法得到电容的。


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