Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Анализ конструктивно-технологических ограничений при проектировании лавинных фотодиодов, работающих в режиме счета фотонов

Нестабильность начальной стадии лавинного процесса

В начальной стадии развития лавинного процесса со сравнительно малым количеством носителей в области сильного поля в наибольшей степени проявляется случайность процесса регенерации тока [5]. Анализируя элементарный акт регенерации, получены функции распределения его результатов для одного, двух и трех электронов на «входе» единичной петли обратной связи. Показано, что с ростом числа носителей на входе петли обратной связи наблюдается тенденция к уменьшению относительных флуктуаций числа частиц в лавине уже на первых этапах развития процесса. Вероятность нулевой результативности единичной регенерации существенно подавляется, что позволяет сформулировать критерий эффективности, как по меньшей мере удвоение инициирующего электрона уже на первой стадии процесса размножения:

. (24)

Учитывая случайность координаты фотогенерации первичного электрона в области сильного поля, получена спектральная зависимость Kф(л) усреднением аналога формулы (24) по функции поглощения световых квантов , где - коэффициент поглощения в кремнии:

, (25)

Соответствующие зависимости Kф(л) приведены на рис. 6(а)

а) Зависимость эффективности фотоэлектрического преобразовани

Рис. 6. а) Зависимость эффективности фотоэлектрического преобразования Kф(л) от напряжения при возбуждении монохроматическим излучением (1 - л = 0,5 мкм; 2 - л = 0,6 мкм; 3 - л = 0,8 мкм; 4 - K по формуле (24); б) Зависимости коэффициента эффективности одноэлектронного возбуждения лавины от напряжения, рассчитанные: 1 - теоретически (по результативности одной петли обратной связи); 2 - упрощенная Монте-Карло модель (раздел 4.3); 3 - обобщенная Монте-Карло модель с высокой степенью дискретизацией

Графики 1,2,3 рис. 6(б) демонстрируют рост эффективности для более длинноволновых фотонов, поскольку последние генерируют первичный фотоэлектрон в прикатодном б-1 слое с большей вероятностью.

Чтобы преодолеть сомнения в адекватности оценки эффективности по результатам усиления первой петли обратной связи, была разработана специализированная Монте-Карло модель эволюции лавинного процесса на более длительном промежутке времени, включающим несколько (вплоть до десяти) петель обратной связи. Критерием неэффективности в модели служило отсутствие электронов на выходе из последней петли. Полученные численные результаты (кривая 2 на рис. 6(б)) демонстрируют ожидаемое существенное падение эффективности в окрестности напряжения пробоя и достаточную близость к аналитической зависимости (24) (кривая 1 на рис. 6(б)) при сравнительно больших надпробойных напряжениях. Полученный результат позволил оценить характерную длительность импульсов квазистационарного лавинного тока (микроплазменный режим), сформулировав критерий самовыключения лавинного процесса. Соответствующие вычисления показывают, что при сопротивлениях нагрузки порядка нескольких сотен КОм, длительность микроплазменных импульсов находится в диапазоне 0,1-10 мкс, что согласуется с известными экспериментальными данными.

Построена обобщенная Монте-Карло модель лавинного процесса с высокой степенью дискретизации пространственно-временных координат. В принципе, эта модель, свободная от использованных ранее упрощений (б<<в, Дt = 2tпр и т.п.), дает наглядную картину статистически разупорядоченных начальных стадий развития лавины.

Полученная в рамках этой модели, эффективность преобразования фотоэлектрона в сигнальный импульс (кривая 3 на рис. 6(б)), практически полностью совпадает с предыдущей зависимостью (кривая 2 на рис. 6(б)), что подтверждает правомочность разработанной модели включения, равно как и адекватность использованных упрощений при анализе импульсных переходных процессов в ЛФД.

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Право
Психология
Религиоведение
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее