Оптоэлектроника
Радиоэлектроника
  • формат pdf
  • размер 7.38 МБ
  • добавлен 21 марта 2015 г.
Войцеховский А.В., Ижнин И.И., Савчин В.П., Вакив Н.М. Физические основы полупроводниковой фотоэлектроники
Томск: Томский государственный университет, 2013. — 560 с.
Учебное пособие, состоящее из двух частей, посвящено полупроводниковой фотоэлектронике. В первой части изложены физические принципы фотоэлектрических явлений в полупроводниках и полупроводниковых структурах, в частности квантово-размерных. Во второй части рассмотрены физические принципы работы, конструкции и основные характеристики целого ряда полупроводниковых фотоприемников, как дискретных, так и многоэлементных. Рассмотрены способы и варианты построения оптических фотоэлектронных систем как видимого, так и инфракрасного диапазонов.
Для студентов старших курсов высших учебных заведений физических, радиофизических и физико-технических специальностей, аспирантов и специалистов, работающих в области фотоэлектроники.
Предисловие.
Введение.
Истоки фотоэлектроники. .
Фотоэлектроника сегодня.
Фотоэлектрические явления в полупроводниках и полупроводниковых структурах.
Взаимодействие оптического излучения с веществом.
Оптическое излучение.
Взаимодействие оптического излучения с веществом.
Фундаментальное поглощение.
Экситонное поглощение.
Примесное поглощение.
Поглощение свободными носителями заряда.
Поглощение кристаллической решеткой.
Контрольные вопросы.
Равновесные и неравновесные носители заряда в полупроводниках.
Равновесная проводимость полупроводника.
Распределение неравновесных носителей заряда по энергиям. Квазиуровни Ферми.
Факторы, влияющие на неравновесные концентрации носителей заряда.
Время жизни неравновесных носителей заряда.
Релаксация неравновесной проводимости.
Контрольные вопросы.
Генерация неравновесных носителей заряда.
Внутренний фотоэффект.
Ионизация квантами больших энергий.
Образование неравновесных носителей заряда в сильном электрическом поле.
Ударная ионизация.
Лавинное умножение.
Туннельные эффекты.
Контрольные вопросы.
Механизмы рекомбинации неравновесных носителей заряда.
Общие понятия о рекомбинационных процессах.
Межзонная излучательная рекомбинация.
Отрицательная люминесценция.
Межзонная ударная рекомбинация.
Рекомбинационные процессы с участием локальных центров.
Рекомбинация через локальные центры.
Низкая концентрация ловушек.
Произвольная концентрация ловушек.
Рекомбинация при наличии в полупроводнике нескольких типов ловушек.
Влияние центров прилипания.
Поверхностная рекомбинация.
Контрольные вопросы.
Диффузия и дрейф неравновесных носителей заряда. Уравнение непрерывности.
Диффузионные и дрейфовые токи.
Соотношение Эйнштейна.
Уравнение непрерывности.
Диффузия и дрейф неосновных избыточных носителей заряда в примесном полупроводнике.
Амбиполярная диффузия и амбиполярный дрейф.
Диффузия и дрейф неравновесных носителей заряда в случае монополярной проводимости.
Контрольные вопросы.
Фотоэлектрические явления в полупроводниках.
Распределение неравновесных носителей заряда в приповерхностной области кристалла.
Спектральное распределение фотопроводимости.
Спектры фотопроводимости сильно анизотропных полупроводников.
Эффект Дембера.
Объемная фото-ЭДС.
Фотомагнитоэлектрический эффект.
Варизонные полупроводники в фотоэлектронике.
Понятие варизонного полупроводника.
Фотопроводимость варизонных полупроводников.
Фото-ЭДС в варизонных полупроводниках.
Отрицательная люминесценция варизонных полупроводников.
Контрольные вопросы.
Полупроводниковые структуры в фотоэлектронике.
Контакт металл-полупроводник.
Вольт-амперная характеристика контакта металл-полупроводник.
Фотоэлектрические свойства контакта металл-полупроводник.
Электронно-дырочный переход.
Прохождение тока через р-n-переход.
Емкость р-n-перехода.
Фотоэлектрические свойства р-n-перехода.
Гетеропереход.
Вольт-амперная характеристика гетероперехода.
Фотоэлектрические свойства гетеропереходов.
Роль поверхностных уровней на границе раздела гетероперехода.
Структуры металл-диэлектрик-полупроводник.
Электрические свойства приповерхностной области пространственного заряда. Стационарное состояние.
Переходное состояние.
Контрольные вопросы.
Квантово-размерные структуры в фотоэлектронике.
Размерное квантование энергетического спектра носителей заряда.
Структуры с множественными квантовыми ямами и сверхрешетки.
Композиционные сверхрешетки.
Легированные сверхрешетки.
Легированные композиционные сверхрешетки.
Плотность состояний в квантовых размерных системах.
Концентрация носителей заряда в сверхрешетке.
Оптическое поглощение в квантовых ямах.
Квазидвумерный экситон в квантовой яме.
Оптические свойства сверхрешеток.
Внутризонные переходы.
Межзонные переходы.
Неравновесные носители заряда в квантовых ямах и сверхрешетках с ковариантной модуляцией.
Электрический ток в структурах с квантовыми ямами. Резонансное туннелирование.
Контрольные вопросы.
Физика полупроводниковых фотодетекторов.
Характеристики и закономерности оптического излучения. Классификация фотоприемников.
Характеристики оптического излучения.
Энергетические характеристики излучения.
Световые характеристики излучения.
Законы излучения при тепловом равновесии.
Абсолютно черное тело.
Излучение реальных материальных сред.
Характеристики излучения Солнца.
Прохождение излучения сквозь атмосферу.
Классификация приемников оптического излучения.
Материалы полупроводниковых фотоприемников.
Контрольные вопросы.
Шумы фотонных приёмников оптического излучения.
Основные понятия, используемые для описания шумов.
Биномиальное распределение.
Распределение Пуассона.
Нормальное распределение.
Преобразование Фурье.
Корреляционная функция. Спектральная плотность мощности случайного процесса.
Эквивалентная ширина полосы частот шума.
Внутренние шумы фотонных приемников.
Тепловой шум.
kТС-шум.
Дробовой шум.
Генерационно-рекомбинационный шум (ГР-шум).
Шум /f (избыточный, «фликкер-шум»).
Геометрический (пространственный) шум.
Суперпозиция шумов фотоприемников.
Внешние шумы фотонных приемников.
Контрольные вопросы.
Параметры и характеристики полупроводниковых фотодетекторов.
Общие понятия.
Параметры фотонных приемников.
Характеристики приемников излучения.
Параметры многоэлементных фотоприемников.
Предельные режимы работы фотонных приемников излучения.
Предельные параметры фотонных приемников в режиме ограничения флуктуациями сигнала.
Предельные параметры фотонных приемников в режиме ограничения фоном.
Анализ режимов ограничения флуктуациями сигнала и фона.
Предельные параметры фотонных приёмников в режиме ограничения флуктуациями гетеродинного излучения.
Параметры современных фотоприемников.
Контрольные вопросы.
Фоторезисторы.
Фоторезисторы на полупроводниках с собственной фотопроводимостью.
Основы теории фотопроводимости собственных фоторезисторов.
Токовая чувствительность фоторезистора.
Влияние конструктивно-технологических особенностей фоторезистора на его параметры.
Ограничение чувствительности фоторезисторов вследствие экстракции носителей заряда.
Биполярная и монополярная фотопроводимости собственных фоторезисторов. Влияние примесей.
Коэффициент внутреннего усиления фоторезистора.
Постоянная времени и время фотоотклика собственных фоторезисторов.
Фоторезисторы с собственной фотопроводимостью.
Фоторезисторы на основе полупроводниковых соединений А4В6. .
Фоторезисторы на основе полупроводниковых соединений А2В6. .
Фоторезисторы на основе полупроводниковых соединений А3В5. .
Фоторезисторы на основе полупроводниковых соединений CdxHg–xTe.
SPRITE фотоприемники.
Фоторезисторы на полупроводниках с примесной фотопроводимостью.
Фотоприемники на структурах с множественными квантовыми ямами и сверхрешетками.
Приемники на эффекте поглощения свободными носителями.
Контрольные вопросы.
Фотодиоды..
Характеристики фотодиодов.
Фотодиоды с р-n-переходом.
Р-i-n-фотодиоды.
Гетерофотодиоды.
Фотодиоды с барьером Шоттки.
Фотоприемники на структурах металл-диэлектрик-полупроводник.
Фотодиоды с электронным переносом.
Контрольные вопросы.
Лавинные фотодиоды.
Принцип действия и физические характеристики лавинного фотодиода.
Коэффициент умножения и полоса пропускания лавинных фотодиодов.
Избыточный шум лавины.
Лавинные фотодиоды на многослойных гетероструктурах с р-n-переходами.
Лавинные фотодиоды с варизонной структурой.
Лавинные фотодиоды на сверхрешетках.
Каскадные лавинные фотодиоды.
Канальные лавинные фотодиоды.
Лавинный фотодиод со свойствами структуры металл-диэлектрик-полупроводник.
Контрольные вопросы.
Фототранзисторы и фототиристоры.
Биполярные фототранзисторы.
Особенности усиления фототранзисторов с гетеропереходом.
Фототранзисторные структуры.
Полевые фототранзисторы.
Фототиристоры.
Контрольные вопросы.
Инфракрасные приемники на структурах с квантовыми ямами и квантовыми точками.
Сравнительная характеристика инфракрасных фотоприемников на квантовых ямах и квантовых точках.
Фотодетекторы на квантовых ямах.
Конструкции фотодетекторов.
Фототранзистор с горячими электронами.
Многоцветные детекторы на квантовых ямах.
Фотодетекторы на структурах с квантовыми точками.
Свойства гетероструктур и квантовых точек Si–xGex–Si.
Фотоприемники с квантовыми точками Ge–Si.
Фотоприемник на p-i-p-структуре с самоорганизованными германиевыми квантовыми точками дырочной проводимости.
p-i-n-фотодиоды со слоями германиевых квантовых точек для близкой инфракрасной области.
Фотодиод с перестройкой спектра на p+-р-n+-структуре.
Контрольные вопросы.
Фоточувствительные приборы с зарядовой связью.
Конструкция и принцип действия приборов с зарядовой связью.
Параметры элементов приборов с зарядовой связью.
Основные характеристики фоточувствительных матриц.
Конструкции приборов с зарядовой связью.
Двух- и однотактные приборы.
Прибор с объемным каналом переноса.
Фотоприемные приборы с переносом заряда.
ПЗС-фотодетекторы.
Матрицы с зарядовой связью.
Приборы с зарядовой инжекцией.
Структура металл-диэлектрик-полупроводник в лавинном режиме как элемент прибора с зарядовой связью.
Цветные камеры.
Контрольные вопросы.
Фотоприемные устройства. Матрицы фотоприемников..
Понятие о фотоприемных устройствах.
Параметры фотоприемных устройств.
Количество чувствительных элементов фотоприемного устройства.
Фоточувствительные КМОП-матрицы.
Фотоприемные устройства инфракрасного диапазона.
Архитектура матриц фокальной плоскости.
Гибридные матрицы.
Монолитные матрицы фокальной плоскости.
Многоцветные инфракрасные матрицы на основе гетероструктур CdHgTe. .
Контрольные вопросы.
Координатно-чувствительные фотоприемники.
Координатно-чувствительный фотодетектор на поперечном эффекте.
Двухкоординатные фотодетекторы.
Сегментные координатно-чувствительные детекторы.
Координатно-чувствительные фотодетекторы на структурах металл-диэлектрик-полупроводник.
Матричные координатно-чувствительные фотодетекторы.
Следящие координатно-чувствительные фотодетекторы.
Контрольные вопросы.
Литература.
Список обозначений.
.
Похожие разделы