(3...14 мкм) и температур (77...130 К) .остается практически постоянной но достигает лишь 13% [21].

В поверхностно-барьерных фотодиодах обедненный слой получаете при использовании барьера, образованного контактом металл-полупроводник. Во избежание больших потерь на отражение и поглощение при освещении диода через металлический контактный элемент последний выполняют очень тонким и покрывают неотражаюшей пленкой.

Поверхностно-барьерные фотодиоды чувствительны в области 0,4... 1,0 мкм и просты в изготовлении. Обедненная область, в которой сосредоточено поле перехода, непосредственно прилегает к полупрозрачному металлическому электроду, через который облучают приемник. Излучение поглощается в основном за переходом и в самом переходе. Такие фотодиоды отличаются малой величиной темнового тока (-10 * А/см2).

В последние годы разработаны фотодиоды с гетеропереходом на основе халькогенидов свинца (PbS, PbSe и РЬТе). Совершенные технологические методы получения поликристаллических и монокристаллических пленок этих материалов позволили увеличить чувствительность приемников и повысить, процент выхода годных приборов.

Фотодиоды с гетеропереходом PbS-GaAs изготовляют химическим осаждением PbS из раствора уксуснокислого свинца, гидроокиси натрия и тио-мочевины на подложку GaAs. Омические контакты создают напылением золота на PbS и напылением-вплавлением сплава Au-Sn на GaAs. Спектральная область чувствительности фотокатода при температуре 77 К простирается от 0,9 до 3,2 мкм, обнаружительная способность равна 2 10* см Гц1/2/Вт.

Для изготовления высококачественных фотодиодов на основе PbS применяют метод ионного внедрения Sb. Базой фотодиода служит PbS р-типа далее идет слой PbS п-типа, полученный внедрением ионов Sb, и слой SiOg, в котором протравливают небольшие отверстия для электролитического осаждения контактов из Аи на слой PbS п-типа. При температуре 77 К фотодиоды с рабочей площадкой 0,14 мм2 имеют сопротивление (при нулевом смещении) 5 10 Ом, обнаружительную способность 6 10 см Гп Вт и максимальную чувствительность при длине волны X = 3,4 мкм. При температуре

Рис. 6.28. Фотокатоды в пластмассовом (а) и в металлическом (б) корпусе: 1 - выводы; 2 - пластмасса; 3 - отверстие для прохода излучения; 4 - металлическая труба; 5 - вывод; 6 - изолятор; 7 - крышка; 8 - металлический корпус; 9 - кристалло-держатель; 10 - монокристалл германия; И - выходное окно, закрытое стеклом.

Рис. 6.29. Германиевый лавинный фотодиод с охранным кольцом:

/ - S1O2; 2 - контакт из золота; 8,6 - охранное кольцо; 4 - Ge-p-тн-па; 5 - п+ (As); 7 - активная область; 8 - золото.

40 НИМ

195 К эти параметры соответственно равны S . W Ом; 1,1 10 см Гц1.2/Вт и 2,95 мкм.

Внедрение ионов Sb в РЬТе позволяет получать фотодиоды с большой степенью воспроизводимости их характеристик, что имеет особое значение при изготовлении многоэлементных фотоприемников. Внед-.ренне ионов Sb проводят в кристаллы РЬТе р-типа, выращенные методом кри-сталлизации. Сопротивление фотодиодов площадью 0,14 мм2 при нулевом смещении и температуре 77 К равно примерно 15 МОм. Максимальное значение обнаружительной способности соответствует длине волны 4,4 мкм и составляет 1,4 10 * см X X Гц /Вт. Длина волны, при которой максимальное значение обнаружительной способности снижается вдвое, равна 6,1 мкм.

На базе пленок PbSe получены поверхностно-барьерные фотодиоды с длин-новол новой границей чувствительности около бмкм. Пленки РЬ Se толщиной 2,6...4,6 мкм выращиваются в виде полос шириной 0,35 мм на подложках из BaFg и имеют электропроводность р-типа. Поверхностный барьер формируется напылением на РЬТе полос свинца шириной 0,3 мм. Омические контакты к РЬТе создаются напылением платины. Фотодиоды площадью 10~з смз имеют при 77 К омическое сопротивление 1,5...74 кОм, обнаружительную способность 1,8 10 ° см Гц/г/Вт и квантовую эффек- тивность около 70% [21].

Проблема внутреннего усиления фототока в фотодиодах резрешена созданием лавинных фотодиодов и фототранзисторсв. Лавинные фотодиоды 4.ЛФД,) основаны на явлении лавинного электрического пробоя р-п перехода, который заключается в лавинообразном нарастании числа носителей заряда, .размножающихся ударной ионизацией. Лавинное усиление фототока достигает величины 200...300 у германиевых и 10*...10* у кремниевых ЛФД.

Структура германиевого ЛФД показана схематически на рис. 6.29. Область +-типа создается диффузией мышьяка. Электродом к п+ поверхности служит алюминиевое контактное кольцо. Тыльный контакт к базовому материалу р-типа создается осаждением золота с последующим никелированием. Чтобы ограничить область лавинного пробоя центральной областью р-п перехода, в конструкции ЛФД предусмотрено охранное кольцо . Оно представляет собой периферийную область с более низким градиентом концентрации примеси, т. е. с более высоким пробивным напряжением, чем в централь- рй области р-п перехода. Охранное кольцо создается диффузией сурьмы.

Основные данные германиевых фотодиодов: рабочая площадь чувствительной площадки 2 10-§ см2, пробивное напряжение 30 В, темновой ток при обратном смещении 20 В лежит в пределах 0,1...0,3 мкА, граничная частота 3 ГГц, квантовая эффективность 30...50% для Я = 1,06 мкм; фотодиоды .герметизируются в корпусах, наполненных сухим азотом [21].

По мнению иностранных специалистов, высокая чувствительность и быстродействие германиевых ЛФД делает их перспективными приемниками для лазерных систем связи, особенно в области рабочих длин волн лазера на основе GaAs (0,96 мкм) и иттрий-алюминиевого граната, легированного неодимом (1,06 мкм).

Кремниевые ЛФД широко используются в измерительной аппаратуре, так Как их характеристики обеспечивают: а) линейность тока выходного сигнала

Параметры фотодиодов и фототранзисторов

Тип

Материал чувствительного слоя

Спектральная область чувствительности, мкм

Длин а волны максимальной чувствительности, мкм

Интегральная чувствительность по вталонному излучателю

ФД-3 ФД-ЗА

ФД-4 ФД-К1 ФД-6К

ФД-А2 ФД-5Г ФД-7К КФ-ДМ

ФД Порог

ФД-8К ФД-8К ФД-9Э111 ГД-20 ГД-50 ФД ФД ФТ-1 ФТГ-2А

Ge Ge Ge Ge Ge Si Si

Si Ge Si Si

Si Si Ge Ge Ge GaAs GaAs Ge Ge

0,4...1,9 0,4... 1,9 0,4... 1,9 0,4... 1,9 0,4... 1,9 0,5...1,2 0,5... 1,2

0,5...1,2 0,4... 1,9 0,4... 1,2 0,5... 1,2

0,5...1,2

0,5... 1,2 0,5... 1,2 0,4... 1,8 0,4... 1,9 0,4... 1,9 0,3...0,95 0,3...0,95 0,4... 1,9 0,4... 1,9

1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,0 1,0

1,0 1,6 0,8 1,0

1,55

1,55

0,85

0,85

20 мА/лм 10...20 мА/лм 20 мА/лм 10 мА/лм 20 мА/лм

3 мА/лм 1,4-10-2 мкАУлк

20 мА/лм 6...7 мА/лм

0,47 мА/лм 1,5-10-2 А/дк, 7,5...15 мА/лм

0,5 мкА/лк 5 мА/лм 8-10-3 мкА/лк

4 мА/лм 17 мА/лм

>3-10-= мА/лк >5-10- мА/лк 1...1,5 мА/лм 1...1,5 мА/лм 170...500 мА/лм 1000 мА/лм

с изменением уровня мощности падающего излучения; б) малый нижний предел обнаруживаемой мощности (10-12... 10-Ч Вт в зависимости от величины активной площади и способа изготовления) и большой верхний предел

(1 10-2 ...5 10-1 Вт); в) высокую термостабильность (темновой ток удваивается с ростом температуры на 10° С).

Кремниевые ЛФД, так же как и германиевые, имеют охранное кольцо в периферийной области р-п перехода. Диаметр области, открытой для излучения, составляет 0,35 мм, постоянная времени не превышает Ю с. При рабочем напряжении 500 В кремниевый ЛФД имеет темновой ток менее 5 10-1 А. Эквивалентная мощность

Рис. 6.30. Германиевый фототранзистор: / - германиевая пластина; 2 - коллектор; 3 - эмиттер; 4 - кристалло-держатель; 5 - основа; 6 - проводник; 7 - вывод; S - изолятор; S - базовый вывод; 10 - герметический корпус; - выходное окно, закрытое стеклом.