МЕТОДИКИ ВИЗНАЧЕННЯ ЕФЕКТИВНОЇ
ПЛОЩІ ФОТОЧУТЛИВОГО ЕЛЕМЕНТА ФОТОДІОДА Бутенко В.К., Докторович І.В., Годованюк В.М.; Рюхтін В.В., Юр’єв В.Г. ВАТ “ЦКБ Ритм” м.Чернівці
При визначенні питомої порогової чутливості ( При похибці визначення Розглянемо проблеми, які виникають при визначенні ефективної площі ФП при скануванні фче світловим зондом. По-перше, на поверхні фоточутливого елемента фотоприймача є контактні площадки. На рисунку 1 зображено ФП, на поверхні фче якого нанесена непрозора контактна площадка (поз.2). При геометричному розмірі фче рівному 2 мм (Øфче = 2 мм) та типових розмірах контактної площадки (0.2×0.2) мм, площадка займає 1.3 % площі фоточутливого елемента. Не врахувавши цієї площі, ми додаємо до загальної відносної похибки вимірювання, наприклад чутливості, похибку, яка складає 1.3 %. Звісно, що ця похибка суттєво зменшується при збільшенні діаметра фче, наприклад, для ФП з діаметром фче рівним 4 мм похибка складатиме приблизно 0.3 %.
При визначенні ефективної площі ФП може бути допущена суттєва випадкова похибка. Оскільки віссю симетрії круглого фоточутливого елемента є його діаметр, то вибравши випадково вісь сканування вздовж діаметра, на якому розташована контактна площадка, буде допущена похибка при визначенні діаметра, а відповідно і площі фче. В цьому випадку додаткова похибка складе 19.1 %. По-друге, для покращення порогових властивостей та енергетичної характеристики чутливості ФП в конструкцію деяких фотоприймачів вводиться контакт у вигляді кільця. При вимірюваннях параметрів ФП за розміри фче беруть розміри обмежені внутрішньою частиною кільцевого контакту. Проте, між кільцевим контактом та геометричним краєм фче є зазор в 0.05 – 0.1 мм. На рисунку 2 приведено координатну залежність фотосигналу Іс = f(Х). Як бачимо, на виході ФП є фотосигнал з тієї частини фче, яка знаходиться за межами контактної площадки. Амплітуда фотосигналу, а відповідно додаткова похибка при визначенні ефективної площі ФП, залежать від розмірів фче та світлового зонда. При скануванні зондом 0.1 мм фоточутливих елементів діаметром 2 – 10 мм додаткова похибка складе 2 – 5 %. По-третє, за геометричними межами фоточутливого елемента фотоприймачі, в першу чергу фотодіоди, чутливі до падаючого потоку випромінювання. Це явище завжди має місце, якщо не використовувати затемнення кристалу за межами р-n переходу. Дійсно, довжина (L) дифузії неосновних носіїв заряду (н.н.з.) в залежності від матеріалу може бути від 0.015 до 1.0 мм. Тому н.н.з., що генеруються падаючим випромінюванням, доходять до р-n переходу і дають свій внесок у фотострум. Зрозуміло, що чим більше значення L, тим більший внесок переферійної чутливості. Крім того, при створенні р-n переходу вноситься домішка і це зменшує чутливість за рахунок рекомбінації на домішкових центрах. На рисунку 2 показано координатну залежність фотосигналу кремнієвого фотодіода типу ФД255. Хоча рівень фотосигналу за межами фче значно менший від сигналу в межах геометричних розмірів, проте, при засвітці всієї поверхі фотоприймача матимемо 2 – 4 % додаткового сигналу, який призводить до завищення результатів вимірюваного параметра. Переферійна чутливість може бути незначно меншою від чутливості в межах чутливого елемента. Так у германієвого фотодіода ФД-287 з концентрацією домішки в області р-n переходу ~ 1019 см-3 і L ≈ 0.1 мм переферійна чутливість приблизно рівна чутливості в межах фче і додатковий сигнал призведе до ще більшого завищення результатів вимірювання. Для прецезійних вимірювачів світлових величин такі додаткові похибки є недопустимо великими. Інколи від переферійної чутливості позбавляються металізацією площі за межами фче. Проте, такий технологічний прийом також не вирішує проблеми покращення точності визначення Четверте, ефективна фоточутлива площа ФП, за визначенням, є площа фче еквівалентного по фотосигналу ФП, чутливість якого рівномірно розподілена по фче і рівна номінальному значенню локальної чутливості даного ФП [3]. Проте, ФП мають певну нерівномірність чутливості по поверхні фче, яка є наслідком локальних дефектів кристалу та поверхні ФП. Зрозуміло, що визначення ефективної площі ФП ускладнюється, особливо, для ФП з високою нерівномірністю чутливості по поверхні фче. В цьому випадку проводиться сканування світловим зондом всієї поверхні фче і визначається величина ефективної фоточутливої площі (
де Проте, така методика є малопродуктивною та складною в обробці результатів. Отже, з врахуванням розглянутих додаткових похибок до похибки визначення На відміну від вищеописаної стандартизованої методики вимірювання ефективної площі з її недоліками, пропонується методика, яка основана на методі порівняння площ. Структурна схема установки для вимірювання Для реалізаціїї даної методики в площині фоточутливого елемента ФП створюється рівномірне світлове поле в 2 – 3 рази більше за більший із розмірів фче. Рівномірності потоку випромінювання добиваються зміною відстані між ФП та джерелом випромінювання. Так, використовуючи в якості джерела випромінювання лампу розжарювання типу РН12-100, на відстані більшій одного метра нерівномірність освітленості в діаметрі 45 мм не перевищує ± 1 %.
Оскільки вихідний фотосигнал фотоприймача пропорційний площі фоточутливого елемента, то, установивши перед вхідним вікном ФП діафрагму товщиною 0.3 – 0.5 мм з розмірами в 1.3 – 1.4 рази меншими геометричних розмірів фче, отримаємо усереднене значення фотосигналу
Якщо ефективна фоточутлива площа ФП - є площа фче еквівалентного по фотосигналу ФП, чутливість якого рівномірно розподілена по фче, то знявши діафрагму ми отримаємо фотосигнал Величина ефективної фоточутливої площі
де З врахуванням того, що площа діафрагми може бути визначена з похибкою не більшою ± 0.5 %, вимірювання фотосигналів – не більшою ± 1 %, то загальна похибка вимірювання ефективної площі не вийде за межі ± 1.5 %. Необхідно зазначити, що дана методика також має обмеження - складно визначити Висновки: 1. Приведено аналіз причин збільшення загальної похибки вимірювань ефективної площі фоточутливого елемента фотодіода за стандартизованою методикою. 2. Визначено числові величини додаткових похибок. 3. Приведено методику вимірювань ефективної площі фоточутливого елемента фотодіода з меншою загальною похибкою вимірювань та вказані обмеження її використання. Література: 1. Н.В.Васильченко, В.А.Борисов и др., Измерение параметров приемников оптического излучения/ М., «Радио и связь», 1983, с.54. 2. ГОСТ 17772-88 ПРИЁМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОПРИЁМНЫЕ УСТРОЙСТВА. Методы измерения фотоэлектрических параметров и определения характеристик. М. 1988 г. 3. ГОСТ 21934-83 ПРИЁМНИКИ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ФОТОПРИЁМНЫЕ УСТРОЙСТВА. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|